Основные механизмы кабельных машин

⇐ ПредыдущаяСтр 38 из 54Следующая ⇒

Устройство предназначено для использования в кабельных соединениях, в особенности для изогнутых кабелей. Кабельное соединение содержит два кабеля и соединитель, установленный между кабелями. Устройство включает опору, предназначенную для наложения на соединение так, что части, образующие соединение, остаются по существу неподвижными по отношению друг к другу, и включает по меньшей мере один закрепляющий элемент, посредством которого опора упруго крепится к кабелю. Упомянутый закрепляющий элемент способен поглощать изменения размеров кабеля, возникающие из-за теплового расширения или сжатия. Вращающаяся электрическая машина содержит статор с обмотками, уложенными в пазы статора, и ротор, а также описанное устройство для кабельных соединений. Технический результат от использования данного изобретения состоит в создании устройства для соединения двух изогнутых кабелей, обеспечивающего их неподвижность по отношению друг к другу в месте соединения, так, чтобы изменения размеров кабеля, в основном из-за теплового расширения и сжатия, поглощались без причинения вреда устройству для кабельного соединения. 2 с. и 22 з.п. ф-лы, 7 ил.

Кабельное соединение обычно включает два кабеля и соединитель, вставленный между кабелями для их соединения.

Кабельные соединения обычно выполняются на прямых кабелях, расположенных в земле или на кабельных опорах, причем соединитель и кабель жестко зафиксированы по отношению друг к другу.

Однако при использовании кабелей, т.е. высоковольтных изолированных электрических проводников, в статорной обмотке вращающейся электрической машины, кабельные соединения будут соединять изогнутые (искривленные) кабели и будут, таким образом, подвержены воздействию нового типа напряжения, т.е. напряжения изгиба. Соединение и кабель будут также двигаться вследствие теплового расширения и механических вибраций. Другая проблема в связи с таким использованием состоит в том, что невозможно закрепить кабели и соединение в обычном зажимном устройстве.

Однако ни одно из известных устройств не способно сохранять части, образующие соединение, т.е. два кабеля и соединитель, неподвижными по отношению друг к другу так, чтобы изменения размеров кабеля, в основном из-за теплового расширения и сжатия, поглощались без причинения вреда устройству.

Примерами вращающихся электрических машин, в которых может быть использовано изобретение, являются синхронные машины, обычные асинхронные машины, а также машины с двойным питанием, машины переменного тока, устройства в каскадах асинхронных статических преобразователей тока, машины с внешними полюсами и машины с синхронным потоком.

Устройство, особенно полезно для вращающихся электрических машин, используемых в качестве генераторов на электростанциях для производства электрической энергии.

Так, путем создания устройства в виде опоры, предназначенной для приложения к кабельному соединению так, что части, включенные в соединение, остаются по существу неподвижными по отношению друг к другу, причем упомянутая опора содержит по меньшей мере один закрепляющий элемент, посредством которого опора упруго крепится к кабелю, а упомянутый закрепляющий элемент способен поглощать изменения размеров кабеля, возникающие из-за теплового расширения или сжатия, достигается то преимущество, что соединение остается прямым и область соединения не подвергается напряжениям изгиба. В то же самое время изменения размеров кабеля поглощаются и, следовательно, не будут оказывать вредного воздействия на соединение. Следовательно, устройство обеспечивает очень надежное и безопасное кабельное соединение.

Устройство также имеет то преимущество, что оно может быть использовано не только в высоковольтных электрических машинах, но и в других случаях, где требуется опора для кабельного соединения, в особенности для изогнутых кабелей.

Кабели, для которых предназначено устройство согласно изобретению, предпочтительно используются в обмотках и предпочтительно имеют твердую, сформированную путем экструзии, изоляцию, как кабели, которые в настоящее время применяются для энергоснабжения, например кабели с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями или кабели с изоляцией из этиленпропиленового каучука. Такой кабель содержит внутренний проводник, состоящий из одной или более жил, внутренний полупроводящий слой, окружающий проводник, твердый изолирующий слой, окружающий его, и внешний полупроводящий слой, окружающий изолирующий слой. Такие кабели являются гибкими, что в данном контексте важно, поскольку технология создания устройства согласно изобретению базируется, прежде всего, на системах намотки, в которых обмотка формируется из кабеля, который в процессе сборки сгибают. Гибкость кабеля с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями обычно соответствует радиусу кривизны приблизительно 20 см для кабеля с диаметром 30 мм и радиусу кривизны приблизительно 65 см для кабеля с диаметром 80 мм. В настоящем описании термин " гибкий" используется для указания на то, что обмотку можно согнуть до радиуса кривизны, приблизительно в четыре раза превышающего диаметр кабеля, а предпочтительно - от восьми до двенадцати раз.

Обмотки конструируются так, чтобы они сохраняли свои свойства даже тогда, когда изогнуты и испытывают температурные нагрузки во время эксплуатации. Очень важно, чтобы при этом сохранялась адгезия между слоями. Свойства материалов, из которых изготовлены слои, являются здесь решающими, особенно их упругость и относительные коэффициенты теплового расширения. Например, в кабеле с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями изолирующий слой состоит из полиэтилена с низкой плотностью с межмолекулярными связями, а полупроводящие слои состоят из полиэтилена с примесью сажи и металлических частиц. Изменения объема в результате температурных флуктуаций полностью поглощаются изменением радиуса кабеля и, благодаря сравнительно небольшому различию между коэффициентами теплового расширения слоев и при соответствующей упругости этих материалов, радиальное расширение может иметь место без нарушения адгезии между слоями.

Изолирующий слой может состоять, например, из твердого термопластичного материала, например полиэтилена с низкой плотностью, полиэтилена с высокой плотностью, полипропилена, полибутилена, полиметилпентена, материалов с межмолекулярными связями, например полиэтилена с межмолекулярными связями, или каучука, например этиленпропиленового каучука или силиконового каучука.

Внутренний и внешний полупроводящие слои могут быть выполнены из того же базового материала, в который добавлены частицы проводящего материала, например сажи или металлического порошка.

На механические свойства этих материалов, в частности на их коэффициенты теплового расширения, относительно слабо влияет примесь сажи или металлического порошка, по меньшей мере в количестве, требуемом для достижения проводимости, необходимой согласно изобретению. Таким образом, изолирующий слой и полупроводящие слои имеют по существу одинаковые коэффициенты теплового расширения.

Подходящими полимерами для создания полупроводящих слоев могут являться сополимеры этиленвинилацетат/нитрильный каучук, полиэтилен, привитый бутилкаучуком, сополимеры этиленбутилакрилат и сополимеры этиленэтилакрилат.

Даже когда в качестве основы в различных слоях используются различные типы материала, желательно, чтобы их коэффициенты теплового расширения были по существу одинаковыми. Именно это и имеет место для комбинаций материалов, перечисленных выше.

Материалы, перечисленные выше, имеют относительно хорошую упругость, их модуль упругости Е меньше 500 МПа, предпочтительно меньше 200 МПа. Такая упругость достаточна для того, чтобы любые незначительные различия между коэффициентами теплового расширения материалов слоев поглощались в радиальном направлении за счет упругости материала, чтобы не появлялось никаких трещин или других повреждений и слои не отходили друг от друга. Материал слоев является упругим, а адгезия между слоями по меньшей мере не меньше, чем прочность наименее прочного из материалов.

Проводимость двух полупроводящих слоев достаточна по существу для выравнивания потенциала вдоль каждого слоя. Проводимость внешнего полупроводящего слоя достаточно велика, чтобы удерживать электрическое поле в кабеле, но достаточно мала, чтобы не вызвать существенных потерь из-за индуцированных токов в направлении вдоль слоя.

Таким образом, каждый из двух полупроводящих слоев по существу образует одну эквипотенциальную поверхность, и обмотка с такими слоями по существу удерживает электрическое поле внутри себя.

Естественно, что один или более дополнительных полупроводящих слоев могут быть размещены в изолирующем слое.

Дополнительно, высоковольтный кабель имеет диаметр в пределах 20-250 мм и площадь поперечного сечения проводника находится в пределах 80-3000 мм².

Особо предпочтительно, если закрепляющий элемент сделан из упругого материала.

Каждое ярмо может иметь удлиненную форму и заканчиваться двумя концами, а упомянутый закрепляющий элемент может содержать упругое зажимное устройство, предназначенное для того, чтобы установить ярмо в нужное положение и прикрепить его к двум соединяемым кабелям.

Согласно предпочтительной модификации упомянутого второго варианта осуществления изобретения, муфта состоит из двух аксиальных частей, что облегчает сопряжение опоры с соединением. Разделение муфты в осевом направлении на части с промежутками между ними также полезно для охлаждения соединения.

Муфта или части муфты согласно этому второму варианту осуществления изобретения могут также снабжаться небольшими отверстиями или щелями в стенке муфты, чтобы обеспечить охлаждение соединения внутри муфты. Опора, кроме того, содержит по меньшей мере одно средство скрепления, чтобы удерживать вместе упомянутые части муфты.

Выполнение опоры в виде муфты или двух половин муфты с втулками обеспечивает формирование особенно прочной опоры, а также защиту по существу всего кабельного соединения и некоторой части каждого кабеля от внешних воздействий.

Втулка предпочтительно разделяется в осевом направлении на две аксиальные половины, чтобы облегчить сборку.

Втулки имеют то преимущество, что они могут быть заранее изготовленными стандартными втулками для высоковольтных кабелей. Часто используемым материалом является каучук, например этиленпропиленовый каучук или силиконовый каучук, который обеспечивает определенную упругость при удержании кабеля. Это также предпочтительно с точки зрения теплового расширения. Втулка допускает определенную величину расширения кабеля и саморегулируется, когда кабель охлаждается и сжимается.

Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения, втулки снабжаются специальными средствами поглощения изменений размеров кабеля, возникающих из-за теплового расширения или сжатия, предпочтительно радиальным рифлением, либо внутри, либо снаружи. Благодаря этому втулки способны поглощать тепловое расширение изоляции кабеля, расположенной под ними.

Согласно другому признаку, опора и приспособления для нее могут быть выполнены из электропроводящего материала, благодаря чему обеспечивается возможность заземления соединения. В альтернативном варианте опора и приспособления для нее могут быть выполнены из электроизолирующего материала, если заземления нужно избежать.

Вращающиеся электрические машины обычно проектируются на напряжения в диапазоне 6-30 кВ, и 30 кВ обычно рассматриваются как верхний предел. Это значит, что генератор должен подключаться к электрической сети через трансформатор, который повышает напряжение до уровня сети, т.е. примерно до 130-400 кВ.

За счет использования высоковольтных изолированных проводников, также называемых высоковольтными кабелями, с твердой изоляцией, подобной той, что используется в кабелях для передачи электрической энергии (например, кабелях с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями), напряжение машины может быть увеличено до таких уровней, что она может быть непосредственно подключена к сети без промежуточного трансформатора. Обычный трансформатор может, таким образом, быть устранен. Однако важным условием является надежное соединение кабелей, что обеспечивается настоящим изобретением.

Если опора должна быть заземлена, то ярмо выполняется из электропроводящего материала, например металла. В этом случае зажимное устройство должно быть выполнено из электропроводящего материала.

Если, напротив, требуется, чтобы опора не допускала заземления, тогда материал ярма и зажимных устройств должен быть электрически непроводящим материалом, например пластиком.

Втулки могут, например, быть заранее изготовленными стандартными втулками для кабелей высокого напряжения. Часто используемым материалом является каучук, например этиленпропиленовый каучук, который обеспечивает определенную упругость при удержании кабеля. Это является полезным с точки зрения теплового расширения. Втулка допускает определенное расширение кабеля и саморегулируется, когда кабель охлаждается и сжимается.

Конечно, можно использовать втулку с рифлением как на внутренней, так и на внешней поверхностях, что целесообразно в тех случаях, когда можно ожидать очень большого теплового расширения кабельной изоляции под втулкой.

Во втором варианте осуществления изобретения, с муфтой или с половинами муфты, все части также могут быть изготовлены из электропроводящего материала, чтобы сделать возможным заземление, или из электроизолирующего материала. Муфта также может быть снабжена небольшими отверстиями или щелями 53 в стенке муфты, чтобы улучшить охлаждение соединения.

УРОК № 52

Отдающие устройства

⇐ Предыдущая 33 34 35 36 373839 40 41 42 Следующая ⇒