DE2519097A1

DE2519097A1 - Leitungskasten fuer generator

Info

Publication number: DE2519097A1
Application number: DE19752519097
Authority: DE
Inventors: Raymond A Towne
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1975-04-29
Publication date: 1975-11-27
Also published as: JPS50156605A; ES437365A1; SU587890A3; FR2271694A1; JPS5646337B2; US3903441A; SE7505542L; GB1505161A; BE829107A; CA1025925A; CH595007A5; IT1038061B; SE400862B

Description

Leitungskasten für Generator

Die Erfindung betrifft einen Generator mit einem Gehäuse, aus dem eine der Anzahl der Phasen entsprechene Anzahl von Leitungspaaren austritt, von denen jedes eine Phasenleitung und eine Null-Leitung enthält, und mit einem an dem Gehäuse befestigten Leitungskasten, der mit Durchführungsanschlüssen für die Leitungen versehen ist.

Große Dynamo-Maschinen bzw. Generatoren besitzen normalerweise einen Leitungsanschluß-Aufbau, in den die Hauptleitungen der Maschine von den Wicklungen geführt sind, um an äußere Schaltkreise angeschlossen zu werden. Im Falle grosser Turbinengeneratoren haben diese Anschluß-Aufbauten, gewöhnlich Leitungskasten genannt, die Form großer gasdichter Umhüllungen oder Gehäuse, die am Boden des Maschiengehäuses befestigt sind. Der Leitungskasten trägt gasdichte Hoch-HO/cm

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spannungs-Durchführungsanschlüsse, an die die in den Leitungskasten geführten Haupt- oder Phasen- und Null-Leitungen der Generatorwicklung angeschlossen sind. Die Durchführungsanschlüsse dienen dazu, die erforderlichen Verbindungen zu äußeren Stromschienensystemen herzustellen. In den meisten Fällen sind eine oder mehrere Stromtransformatoren für jede der Leitungen erforderlich, die gewöhnlich außerhalb des Leitungskastens selbst konzentrisch mit den jeweiligen Leitungen auf den Durchführungsanschlüssen befestigt sind.

Diese bekannte Anordnung hat insbesondere bei Generatoren größeren Umfangs einige Unzulänglichkeiten. Mit den größer gewordenen Nenn-Leistungen moderner Turbinengeneratoren können die größten Generatoren Lastströme in der Größenordnung vieler Tausend Ampere aufweisen, die eine hohe Konzentration des die Generatorleitungen umgebenden magnetischen Flusses erzeugen. Diese hohen Flüsse können eine extreme Erhitzung der Leitungskästen des bekannten Aufbaus bewirken, die aus magnetischen Materialien, wie z.B. gewöhnlichem Stahl, bestehen. Daher ist es in vielen Fällen notwendig geworden, nicht-magnetische Materialien, wie z.B. rostfreien Stahl, für die Leitungskästen zu verwenden, was zwar die Erhitzung reduziert, jedoch extrem teuer und unerwünscht ist. Die hohen magnetischen Flüsse beeinflussen außerdem die Stromtransformatoren. Wenn daher die Stromtransformatoren nicht abgeschirmt sind, kann der Streufluß von benachbarten Phasen eine Sättigung der Transformatorkerne hervorrufen und die Genauigkeit ernsthaft gefährden. Wenn die Transformatoren zum Schutz vor den Flüssen benachbarter Phasen abgeschirmt werden, dann erzeugen die Flüsse eine starke Erhitzung der Abschirmungen selbst. Die bekannten Aufbauten des Leitungskastens sind daher für große Turbinengeneratoren nicht zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ge-

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nerator mit einem Leitungskasten der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er sich bei Vermeidung der erwähnten Unzulänglichkeiten für große Leistungen eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Vorteilhafterweise wird mit der Erfindung ein Leitungskasten geschaffen, der eine Umhüllung bzw. ein Gehäuse für die Leitungen eines großen Generators enthält, welches gasdichte Durchführungsanschlüsse trägt, an die die Leitungen angeschlossen sind, und der Abschirmungen für die Leitungen innerhalb des Gehäuses des Leitungskastens enthält, so daß die Leitungen in einer Weise abgeschirmt werden, daß die magnetischen Flüsse auf den Raum innerhalb der Abschirmungen begrenzt werden. Auf diese Weise treten keine äußeren Streuflüsse auf, wodurch das obenerwähnte Erhitzungsproblem ausgeschaltet ist. Vorzugsweise besitzen die Abschirmungen im allgemeinen zylindrische Aufbauten, die konzentrisch mit den Leitungen angeordnet sind, um diese zum Zwecke einer wirksamen Abschirmung zu umschließen. Diese Anordnung führt zu symmetrischen magnetischen Feldern innerhalb der zylindrischen Abschirmungen, wobei die Stromtransformatoren, die jeder einzelnen Leitung zugeordnet sind, innerhalb der Abschirmungen angeordnet werden können, da keine Leckflüsse von benachbarten Phasen vorhanden sind. Die grossen und teuren Abschirmungen, die gegenwärtig für die Stromtransformatoren verwendet werden, entfallen. Die Stromtransformatoren befinden sich innerhalb des Leitungskastens, so daß das Erfordernis, die Stromtransformatoren auf den Durchführungen außerhalb des Leitungskastens zu montieren, wie dies früher geschah, vermieden wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs-

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beispiels unter Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Leitungskastens, teilweise in Seitendraufsicht und teilweise im Längsquerschnitt im wesentlichen entlang der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt im wesentlichen

entlang der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Linie III-III von Fig. 2, und

Fig. 4 einen Teilquerschnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 2.

In den Figuren ist ein Leitungskasten dargestellt, der für die Verwendung bei einem großen Turbinengenerator mit einem Gehäuse 10 gedacht ist. Das Gehäuse 10 des Turbinengenerators ist am Boden von einer Bodenplatte 11 geschlossen, die öffnungen 12 besitzt, durch welche die Generatorleitungen aus dem Maschinengehäuse herausgeführt sind. Der dargestellte Leitungskasten ist für die Verwendung bei einer Drei-Phasen-Maschine gedacht, weshalb drei Leitungspaare dargestellt sind, die vom Maschinengehäuse in den Leitungskasten verlaufen. Jedes einzelne der Leitungspaare besteht aus einer Phasenleitung 14 und einer Null-Leitung 15. Die Leitungen und 15 können isolierte Leitungen irgendeines geeigneten oder üblichen Aufbaus sein, die für den Transport der sehr hohen Lastströme eines großen Turbinengenerators geeignet sind.

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Der Leitungskasten 16 selbst ist eine gasdichte Umhüllung bzw. ein Gehäuse, das an der Bodenplatte 11 des Generatorgehäuses befestigt werden kann. Wie dargestellt, setzt sich der Leitungskasten 16 aus Stahlplatten 17 zusammen, die ein Gehäuse rechteckiger Form bilden und durch Schweißen oder auf andere Weise zur Bildung einer gasfesten Umhüllung miteinander verbunden sind. Der Leitungskasten 16 ist mittels Gehäuseteilen oder Flanschen 18, die an der Bodenplatte 11 des Gehäuses 10 angebracht sind, an dieser befestigt, um eine gasundurchlässige Dichtung zu bilden. Der Leitungskasten 16 ist oben durch eine Deckplatte oder einen Dekkel 19 geschlossen, der mittels gasdichter Teile 20 an den Flanschen 18 befestigt ist und öffnungen 21 für die Leitungen aufweist, die in Größe und Lage den öffnungen 12 in der Bodenplatte 11 entsprechen. Geeignete, nicht dargestellte Einrichtungen können vorgesehen sein, um Wasserstoff vom Generatorgehäuse 10 durch den Leitungskasten 12 zur Kühlung umlaufen zu lassen.

Durchführungsanschlüsse 22 sind im Boden des Leitungskastens 16 mit gasdichten Verbindungen befestigt. Die Durchführungsanschlüsse 22 können von einer bekannten Art sein, um die hohen Lastströme zu leiten und die Generatorleitungen an ein äußeres Stromschienensystem anzuschließen. Die Durchführungsanschlüsse können erforderlichenfalls in jeglicher gewöhnlichen Weise innen gas- oder wassergekühlt sein. Wie insbesondere in Fig.2 gezeigt ist, verläuft jedes Leitungspaar 14 und 15 durch die öffnungen 12 und 21 vertikal nach unten in den Leitungskasten 16. Jede einzelne Leitung ist mit einem im allgemeinen horizontalen Leitungsteil 23 verbunden, das sich bis zu einer Stelle direkt oberhalb eines Durchführungsanschlusses 22 erstreckt. Ein weiteres vertikales Leitungsteil 24 der Leitung ist mit dem Leitungsteil 23 verbunden und an den Durchführungsanschluß 22 angeschlos-

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sen. Auf diese Weise besteht jedes Leitungspaar aus zwei relativ eng beabstandeten vertikalen Teilen, die vom Maschinengehäuse kommen und zwei parallel verlaufenden vertikalen Leitungsteilen mit größerem Abstand, die an die Anschlußdurchführungen angeschlossen sind, wobei die vertikalen Leitungsteile durch zwischenliegende horizontale Leitungsteile verbunden sind. Die vertikalen Leitungsteile sind dort, wo sie von den Leitungskasten eintreten, vorzugsweise in einer Isolierplatte 25 gestützt, die an dem Deckel 19 des Leitungskastens befestigt ist.

Wie bereits ausgeführt, ist jedes Leitungspaar innerhalb des Leitungskastens 16 mit einer Abschirmung versehen. Die Abschirmungen besitzen eine zylindrische Form und sind im wesentlichen konzentrisch mit den jeweiligen Leitungen angeordnet. Zu diesem Zweck ist ein zylindrisches Abschirmteil 26 konzentrisch mit jedem einzelnen Durchführungsanschluß 22 angeordnet. Das Abschirmteil 26 kann aus Aluminium oder einem anderen geeigneten leitenden Material bestehen. Das zylindrische Abschirmteil 26 erstreckt sich, wie dargestellt, oberhalb der Anschlußdurchführung und um den unteren Teil des vertikalen Leitungsteiles 24 nach oben. An die vertikalen zylindrischen Abschirmteile 26, die die Durchführungsanschlüsse 22 jedes einzelnen Leitungspaares umgeben, schließt sich ein horizontales zylindrisches Abschirmteil 27 an, das im wesentlichen konzentrisch zu den horizontalen Leitungsteilen 23 angeordnet ist. Das horizontale Abschirmteil 27 besitzt öffnungen an jedem einzelnen Ende seiner Unterseite für die vertikalen zylindrischen Abschirmteile 26 und ist mittels Schraubenbolzen oder anderer geeigneter Mittel mit Flanschen 28 auf diesen Abschirmteilen verbunden. Die Enden des zylindrischen Abschirmteiles 27 sind durch Endabdekkungen 29 geschlossen, welche einen oberen kugelförmigen Abschnitt besitzen und an Flanschen an den Enden des zylindrischen Abschirmteiles 27 befestigt sind, wie dies

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in den Figuren dargestellt ist. Das zylindrische Abschirmteil 27 besitzt außerdem eine öffnung 30 an seiner Oberseite, durch die die Leitungen 14 und 15 geführt sind. Es ergibt sich daraus, daß die vertikalen zylindrischen Abschirmteile 26 und das horizontale zylindrische Abschirmteil 27 zusammen eine zylindrische Abschirmung bilden, die konzentrisch mit den Leitungsteilen 23 und 24 innerhalb des Leitungskastens 16 angeordnet ist.

Die Leitungen und die Abschirmteile können innerhalb des Leitungskastens in beliebig erwünschter Weise gehalten bzw. gestützt werden. Gemäß der Darstellung sind die vertikalen Abschirmteile 26 direkt an den Bodenplatten 17 des Leitungskastens angebracht. Das horizontale Abschirmteil 27 sowie die horizontalen Leitungsteile 23 können eine zusätzliche Stützung erfordern. Ein kreisförmiges Schutz- und Trägerglied 32 umschließt den Mittelteil des Abschirmteiles 27. Das Glied 32 reicht bis zur oberen Isolierplatte 25 und wird von Trägerplatten oder oberen Trägergliedern 35 festgehalten. Das Abschirmteil 27 kann an dem Schutz- und Trägerglied 32 mittels Trägerplatten 36 angebracht oder von diesem getragen werden. Die Leitungsteile 23 innerhalb des Abschirmteiles 27 können von Isolierträgern 37 gestützt werden, die gemäß Fig. 2 mit den Leitungen im Eingriff sind und sich auf dem Abschirmteil 27 abstützen. Trägereinlagen 38 sind im Schutz- und Trägerglied 32 an Stellen vorgesehen, um die Isolierträger 37 innerhalb der Abschirmung abzustützen. Zugangsöffnungen 40 in den Seiten des Leitungskastens ermöglichen einen Zugang zu den Leitungen und Abschirmungen innerhalb des Leitungskastens und sind durch gasdichte Deckel 41 verschlossen.

Die Abschirmungen sind für jedes einzelne Leitungspaar elektrisch durchgehend von dem Phasendurchführungs-An- schluß bis zum Null-Durchführungsanschluß. Die drei Ab-

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schirmungen für die drei Leitungspaare sind an den Phasenenden und den Null-Enden elektrisch untereinander verbunden, um sie auf demselben Potential zu halten. Dies kann dadurch geschehen, daß die Abschirmteile 26 jedes Leitungspaares, wie gezeigt, direkt an dem leitenden Leitungskasten angebracht sind.

Jedes Leitungspaar ist innerhalb einer leitenden Abschirmung eingeschlossen. Die Abschirmungen beschränken die auf den Strömen in den Leitungen beruhenden Magnetflüsse wirksam auf die Räume innerhalb der Abschirmungen, da jeglicher Fluß, der die Abschirmung erreicht, Ströme induziert, die dem inneren Strom gleich große und entgegengesetzte Ströme hervorrufen, so daß sie sich aufheben und außerhalb der Abschirmung kein Streufluß existiert. Die auf der Wirkung dieser Streuflüsse beruhenden eingangs erörterten Probleme werden dadurch ausgeschaltet. Der Leitungskasten kann aus gewöhnlichem magnetischem Stahl anstelle des früher erforderlichen teuren nicht-magnetischen Materials hergestellt werden.

Da die Leitungen, wie oben beschrieben, konzentrisch innerhalb zylindrischer Abschirmungen eingeschlossen sind, ist das magnetische Feld innerhalb der zylindrischen Abschirmung nahezu völlig-symmetrisch, so daß kein Leckfluß von benachbarten Phasen innerhalb der Abschirmung existiert. Aus diesen Gründen ist es möglich und wünschenswert, jegliche notwendigen Stromtransformatoren innerhalb der Abschirmungen anzuordnen. Wie bereits erwähnt, sind in den meisten Fällen ein oder mehrere Stromtransformatoren für jede einzelne Leitung zur Schutzsignalübertragung, zum Messen oder zu anderen Zwecken erforderlich. Bislang sind diese Transformatoren üblicherweise auf den Durchführungsanschlüssen außerhalb des Leitungskastens selbst befestigt worden, wobei ein Abschirmen dieser Transformatoren häufig nötig war. Bei dieser herkömmlichen Anordnung haben magnetische Streuflüsse von

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benachbarten Phasen, die eingangs erwähnten Erhitzungsund Sättigungsprobleme hervorgerufen

Gemäß der Erfindung werden die Stromtransformatoren vorzugsweise innerhalb der Abschirmungen angeordnet. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind für jede Leitung drei Stromtransformatoren 42 vorgesehen, konzentrisch zur Leitung in Stapelbauweise angeordnet und in einem geeigneten Gehäuse oder Träger 43 innerhalb des zylindrischen Abschirmteiles 26 eingeschlossen. Die Leitungen jedes einzelnen Satzes von Transformatoren können zu einem Anschlußbrett 44 auf dem Leitungskasten geführt werden, das mit einer gasdichten Abdeckung 45 versehen ist. Auf diese Weise wird eine relativ einfache Befestigung bzw. Anordnung für die notwendigen Stromtransformatoren geschaffen. Sie sind durch ihre Lage innerhalb der Abschirmung vor Streuflüssen geschützt, so daß eine größere Genauigkeit erzielt wird und Erhitzungsoder Sättigungserscheinungen nicht auftreten können. Da die Transformatoren innerhalb des Leitungskastens eingeschlossen sind, sind sie außerdem gegen eine mechanische Beschädigung oder andere äußere Kräfte geschützt.

Es ist ersichtlich, daß ein Leitungskasten-Aufbau für große Generatoren geschaffen wurde, in dem die Leitungen selbst in einer solchen Weise wirksam abgeschirmt sind, daß die bei früheren Konstruktionsarten infolge von Streuflüssen unvermeidlich auftretenden Probleme ausgeschaltet wurden. Der erfindungsgemäße Leitungskastenaufbau liefert außerdem eine wünschenswerte und wirksame innere Befestigung der Stromtransformatoren in einer solchen Weise, daß sie vor jeglichen magnetischen Streuflüssen geschützt sind. Es ist außerdem ersichtlich, daß - obwohl eine bestimmte Ausführung zur Veranschaulichung dargestellt ist und beschrieben wurde - andere Ausführungsformen und Modifikationen möglich sind. So sind beispielsweise in vielen Fällen die Null-Leitungen außerhalb des

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Leitungskastens durch eine Null-Stromschiene untereinander verbunden, so daß in solchen Fällen die Null-Stromschiene innerhalb des erfindungsgemäßen Leitungskastens in der Abschirmung angeordnet sein könnte, wodurch drei der teuren Durchführungsanschlüsse entfallen könnten. Als weitere Modifikation wäre es möglich, die Abschirmungen mit einer ausreichenden mechanischen Festigkeit auszulegen, so daß sie gleichzeitig als Umhüllung für die Leitungen und als Abschirmung dienen
könnten, wodurch der Leitungskasten als gesonderte Anordnung entfallen könnte und die Abschirmungen selbst
die Funktion eines Leitungskastens übernehmen könnten.

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Claims

Patentansprüche

1. i Generator mit einem Gehäuse, aus dem eine der — Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Leitungspaaren austritt, von denen jedes eine Phasenleitung und eine Null-Leitung enthält, und mit einem an dem Gehäuse befestigten Leitungskasten, der mit Durchführungsanschlüssen für die Leitungen versehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungskasten leitende Abschirmteile (26, 27), die jedes einzelne Leitungspaar (14, 15) umschließen, und wenigstens einen, jeder einzelnen Leitung zugeordneten Stromtransformator (42) innerhalb der Abschirmteile enthält.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmteile (26, 27) jedes einzelnen Leitungspaares (14, 15) im wesentlichen zylindrisch sind und konzentrisch mit den Leitungen angeordnet sind.

3. Generator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede einzelne Leitung (14, 15) ein Durchführungsanschluß (22) vorgesehen ist.

4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen Drei-Phasen-Generator handelt, bei dem drei Leitungspaare (14, 15) aus dem Gehäuse (10) in den Leitungskasten geführt sind.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (14, 15) jedes einzelnen Paares erste in einem Abstand be-

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findliche parallele Leitungsteile (24) , die an Durchführungsanschlüssen (22) befestigt sind, und zweite parallele Leitungsteile (14, 15), die sich in einem engeren Abstand als die ersten Leitungsteile befinden und in das Gehäuse (10) erstrecken, besitzen, wobei zwischenliegende Leitungsteile (23) die ersten und zweiten Leitungsteile jeder Leitung im wesentlichen rechtwinkelig zu diesen verbinden, und daß die Abschirmung für jedes einzelne Leitungspaar ein erstes zylindrisches Abschirmteil (26), das jedes einzelne der ersten Leitungsteile konzentrisch umgibt, und ein zwischenliegendes zylindrisches Abschirmteil (27) enthält, wobei das zwischenliegende Abschirmteil die zwischenliegenden Leitungsteile konzentrisch umgibt und eine Öffnung (30) für die Durchführung der zweiten Leitungsteile aufweist.

6. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromtransformator (42) innerhalb des ersten zylindrischen Teiles (26) der Abschirmung angeordnet ist.

7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungen (26, 27) aller Leitungspaare an den Enden der ersten zylindrischen Abschirmteile (26) von den zwischenliegenden Abschirmteilen (27) entfernt untereinander elektrisch verbunden sind.

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