DE2519097A1 - Leitungskasten fuer generator - Google Patents
Leitungskasten fuer generatorInfo
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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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— ,5 —
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.
könnten, wodurch der Leitungskasten als gesonderte Anordnung entfallen könnte und die Abschirmungen selbst
die Funktion eines Leitungskastens übernehmen könnten.
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Claims (7)
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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