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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Stromabnehmer (Kollektor)
für rotierende
Hochspannungsmaschinen und insbesondere einen Isolator und Filter,
die zur Reinigung und Kühlung
des Kollektors dienen.
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Hintergrund
zu der Erfindung
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Es
existieren Systeme, wie Synchronmotoren und -Generatoren, bei denen
einer Rotorwicklung über
Schleifringe elektrischer Strom zugeführt wird. Der Strom wird den
Schleifringen gewöhnlich über Bürsten zugeführt, die
an einem feststehenden Leitring befestigt sind. Normalerweise liegt
an den Schleifringen eine Niederspannung an, jedoch können diese
auch in Hochspannungsanwendungen eingesetzt werden.
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Eine
Schleifringanordnung zum Einsatz in Hochspannungsmaschinen und -anwendungen
ist in dem US-Patent 6 465 926, ausgegeben am 15. Oktober 2002 an
Rehder et al., mit dem Titel Cleaning/Cooling of High Power Rotary
Current Collection System offenbart. Dieses Patent offenbart ein
elektrisches Stromabnehmersystem, das für jede Phase einen feststehenden
Leitring, Bürsten,
einen elektrisch leitenden Schleifring und eine Schleifringhalterungsanordnung
enthält.
Durch das für
rotierende Hochspannungsmaschinen entwickelte Stromabnehmersystem
wird Kühlluft
geleitet und durch einen zylindrisch geformten Auslasskanal und
eine Filtervorrichtung hindurch aus dem Kollektorgehäuse ins
Freie entlassen. Dieser Auslasskanal schließt auch die Sam melschiene ein,
die dem feststehenden Leitring Strom zuführt bzw. von diesem abführt. Typischerweise
strömt
der Kühlluftstrom über die
in dem Stromabnehmersystem angeordneten Bürsten, wobei die Kühlluft dabei
durch Bürstenverschleiß entstandene
Kohlenstoffpartikel bzw. Stäube
mitreißt und
durch den in der Sammelschiene angeordneten Auslasskanal heraustransportiert.
Da es die Hauptaufgabe der Sammelschiene ist, Strom zu leiten, ist dieser
Kanal jedoch hinsichtlich seiner Querschnittsfläche begrenzt. Dementsprechend
ist auch der Luftstrom beschränkt.
Jede Ablagerung von Kohlenstoffpartikeln kann im Falle einer mangelhaften
Entfernung durch den Luftstrom zu einem Kurzschluss der Wicklungen
der Maschine führen.
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Es
besteht daher auf dem Gebiet der Hochspannungskollektorsysteme für drehende
Maschinen und Transformatoren ein Bedarf nach einen Auslasskanal,
der zwischen der Hochspannungsumgebung des Kollektorsystems und
dem außerhalb
des Auslasskanals angeordneten Erdpotential einen isolierten Auslasskanal
vorsieht, der es der Kollektorkühlluft
ermöglicht
ungehindert durch den Auslasskanal hindurchzugelangen, wobei der
Auslasskanal nicht zu einer Kriechablagerung von Kohlenstoffpartikeln entlang
seiner Innenflächen
neigt. Weiter besteht ein Bedarf nach einer Filterung der Kollektorkühlluft, nachdem
diese den Auslasskanal durchquert.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Stromabnehmersystem, das einen
auf einer drehbaren Welle befestigten elektrisch leitenden Schleifring
und eine feststehende Leitringanordnung aufweist, die einen teilweise
umschlossenen AC-Hochspannungs-Leitringkanal bilden, in dem Schleifringkontaktelemente
befestigt sind. Eine mit dem Erdpotential verbundene Kammer umhüllt zumindest
teilweise den Schleifring und die feststehende Leitringanordnung.
Eine Quelle leitet ein Fluid in die Kammer, so dass das Fluid in
den Leitringkanal hindurch wandert, um wenigstens eines von einer
Kühlung
und Reinigung der Schleifringkontaktelemente durchzuführen. Ein
hohler konisch geformter Isolator weist einen Kegelstumpf mit einer
engeren Querschnittsöffnung,
die mit dem Leitringkanal strömungsmäßig verbunden ist,
und einen mit größerem Durchmesser
bemessenen Querschnittsabschnitt auf, der die Kammer durchquert
und mit dieser verbunden ist, um das Fluid aus dem Leitringkanal
ins Freie zu entlassen.
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Die
vorliegende Erfindung kann eine Sammelkammer enthalten, die an der
Kammeraußenwand
befestigt ist und einen Bereich des Isolators umgibt, der sich außerhalb
der Kammer erstreckt. Die Sammelkammer weist ein von der Auslassöffnung des
Isolators beabstandetes und quer über diese angeordnetes Filter
auf, das dazu dient, Partikel aus dem Fluid zu filtern, während dieses
durch das Filter strömt.
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Die
konische Form des hohlen Isolators weist ein elektrisches Feldprofil
auf, bei dem der Linienabstand von Äquipotentiallinien wächst, die
zu der durch den Isolator strömenden
Fluidströmung tangential
verlaufen. Die konische Form des Isolators betont die Spannungsverteilung
des elektrischen Potentialfeldes so, dass die Kohlenstoffpartikel
begünstigt
werden, dieses in einer Weise zu durchqueren, dass sie mit der innenliegenden
Seitenwand des Isolators nicht in Berührung kommen. Im Ergebnis tendieren
die Kohlenstoffpartikel dazu, sich in dem Fluid entlang einem von
den Innenwänden
des Isolators beabstandeten zentralen Abschnitt des Isolators zu bewegen.
Dies verhindert eine Kriechablagerung von Kohlenstoffpartikeln an
den Innenflächenwänden des Isolators,
die Kurzschlussbedingungen für
die Rotoranordnung hervorrufen könnte.
Außerdem
ist die Größe des Isolators
durch die für
die Kühlung
und Reinigung des elektrischen Stromabnehmersystems benötigte Menge
an Fluidstrom bestimmt.
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In
einer exemplarischen Verwendung wird die vorliegende Erfindung in
einem Rotationstransformatorsystem genutzt, in dem das elektrische Stromabnehmersystem
Strom einer Rotoranordnung zuführt,
die um die drehbare Welle rotierende Rotorwicklungen aufweist, und
in dem ein Stator Statorwicklungen aufweist, und ein Motor vorgesehen
ist, um die Rotoranordnung drehend anzutreiben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Für ein besseres
Verständnis
der Natur und Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird auf die beigefügten schematischen
Zeichnungen verwiesen:
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1 zeigt
eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotationstransformatorsystems
aus dem Stand der Technik.
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2 zeigt
in einer geschnittenen Draufsicht des Rotationstransformatorsystems
den konisch gestalteten Isolator der vorliegenden Erfindung;
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3 veranschaulicht
in einer vergrößerten geschnittenen
Ansicht einen Spalt (48) zwischen einer U-förmigen Ringstruktur
und einem Schleifring und schließt eine Schnittansicht des
konisch gestalteten Isolators der vorliegenden Erfindung mit ein; und
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4 zeigt
in einer partiellen Halbsicht des Isolators die den Isolator der
vorliegenden Erfindung durchquerenden Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
ein Rotationstransformatorsystem 20, wie es in dem US-Patent
6 465 926, ausgegeben am 15. Oktober 2002 an Rehder et al., offenbart
ist, und auf dessen Beschreibung hier zur Gänze Bezug genommen wird, das
sowohl eine Rotoranordnung 22 als auch einen Stator 24 mit
Wicklungen 25 enthält.
Die Rotoranordnung 22 enthält einen Rotorkäfigabschnitt 26,
Rotorwicklungen 21, Schleifringe (die auch als Kollektorringe
bekannt sind und allgemein mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet
sind) und eine drehbare Welle 28. Die Rotoranordnung 22 ist
sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn um eine Achse
RX der zugehörigen
drehbaren Welle 28 drehbar. Die Rotation der Rotoranordnung 22 wird
durch einen Antriebsmotor 30 bewirkt.
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Das
Rotationstransformatorsystem 20 wird in einer Umgebung
hoher Spannungen und Stromstärken
mit Wechselspannungen und Wechselstrom betrieben. In diesem Beispiel
eines Einsatzes ist das Rotationstransformatorsystem 20 verschaltet,
um elektrischen Strom zwischen einem ersten elektrischen System
(z.B. einem ersten elektrischen Netz) und einem zweiten elektrische
System (z.B. einem zweiten elektrischen Netz) zu übertragen.
In einem solchen Einsatz ist eine der Anordnungen, sei dies die
Rotoranordnung 22 oder der Stator 24, (z.B. über dreiphasige
Leitungen) mit dem ersten elektrischen System verbunden, und die
andere Anordnung ist mit dem zweiten elektrischen System verbunden.
Der Antriebsmotor 30 dreht die Rotoranordnung 22 in
Reaktion auf ein Antriebssignal, das durch ein nicht dargestelltes
Steuersystem erzeugt wird. Das erste und zweite elektrische System
können
eine unterschiedliche elektrische Charakteristik (z.B. hinsichtlich
Frequenz oder Phase) aufweisen. Das Steuersystem kann das Rotationstransformatorsystem 20 mit
einer variablen Geschwindigkeit bidirektional betreiben, um Strom
von dem ersten elektrischen System zu dem zweiten elektrischen System
oder vice versa (d.h. von dem zweiten elektrischen System zu dem ersten
elektrischen System) zu übertragen.
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Ein
an dem oberen Ende der Rotoranordnung 22 angeordnetes Kollektorsystem 40 weist Schleifringe 27,
eine Schleifringhalterungsanordnung 42 und eine feststehende
Leitringanordnung 44 auf. Mit Blick auf den exemplarischen
Einsatz in einem Dreiphasensystem enthält das Kollektorsystem 40 drei
Schleifringe 27A, 278 und 27C (von denen
jeder allgemein als Schleifring 27 bezeichnet ist) und
drei entsprechende feststehende Leitringanordnungen 44 (die
sämtliche
allgemein als feststehende Leitringanordnung 44 bezeichnet
sind). Dreiphasige Leitungen, die von einem der verschalteten elektrischen
Systeme ausgehen, sind mit entsprechenden Leitungen feststehender
Leitringanordnungen 44 des Kollektorsystems 40 der
Rotoranordnung 22 verbunden. Weitere dreiphasige Leitungen
verbinden das andere elektrische System mit dem Stator 24.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
sind die Schleifringe 27 17 kV-Normringe.
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Das
Kollektorsystem 40 kann in der in 1 gezeigten
Weise in einer Kammer 56 des Gehäuses 50 angeordnet
sein. Die Kammer 56 ist in drei luftdichte Unterkammern 57A–57C unterteilt.
Diese Unterkammern sind vorzugsweise voneinander phasenisoliert
und können
in einer Abwandlung phasengetrennt sein. Das Kollektorsystem 40,
das als elektrische Schnittstelle zu der Rotoranordnung 22 dient, weist
eine Konstruktion auf, die im Wesentlichen auf drei eindeutig unterscheidbaren
Ebenen basiert, die hier als Phasenebenen bezeichnet sind. In der
in 1 dargestellten Situation, in der das Rotationstransformatorsystem 20 vertikal
montiert ist, sind die drei Phasenebenen des Kollektorsystems 40 im
Wesentlichen horizontale Ebenen. In einer durch die gestrichelte
Linie 58A dargestellten ersten oder obersten Phasenebene
dieser Art sind sowohl der Schleifring 27A als auch die
feststehende Leitringanordnung 44A innerhalb der Unterkammer 57A angeordnet.
In ähnlicher
Weise sind in einer zweiten oder mittleren Phasenebene 58B sowohl
der Schleifring 27B als auch die feststehende Leitringanordnung 44B innerhalb
der Unterkammer 57B angeordnet; und in einer dritten oder
untersten Phasenebene 58C sind sowohl der Schleifring 27C als
auch der feststehende Leitringanordnung 44C innerhalb der
Unterkammer 57C angeordnet.
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Für jede Phasenebene 58 des
Kollektorsystems 40 ist eine Schleifringhalterungsanordnung 42 vorgesehen.
Mit Bezug auf eine veranschaulichte der Phasenebenen 58 zeigt 2 die
Schleifringhalterungsanordnung 42 mit mehreren Säulenisolatoren 102,
die voneinander unabhängig
in ausgewählten Intervallen
um den Außenumfang
der drehbaren Welle 28 montiert sind. Beispielsweise zeigt 2 sechs um
die Achse RX angeordnete Säulenisolatoren 102. Jeder
der Säulenisolatoren 102 erstreckt
sich im Wesentlichen radial ausgehend von dem Umfang der drehbaren
Welle 28 und weist eine über demselben angeordnete Befestigungs-/Einstellungsanordnung 106 auf.
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Um
die drehbare Welle 28 sind auf jeder der feststehenden
Leitringanordnungen 44 in Intervallen unter einem Winkel
Bürstenvorrichtungen 70 (Schleifringkontaktelemente)
montiert. Elektrischer Strom fließt zwischen den Bürsten der
Bürstenvorrichtungen 70 und
den entsprechenden Schleifringen 27 und folglich zwischen
der Rotoranordnung 22 und dem elektrischen System, das
mit der feststehenden Leitringanordnung 44 verbunden ist.
Die Elektrizität fließt zwischen
den Schleifringen 27 und den Wicklungen der Rotoranordnung 22 über einen
Busleiter 80. Für
jede der drei Phasen ist ein Busleiter 80 vorgesehen, z.B.
Busleiter 80A, 80B und 80C, von denen
in 1 lediglich der Busleiter 80C gezeigt
ist. Jeder der Busleiter 80 erstreckt sich durch einen
entsprechenden der drei phasenisolierten Buskanäle 82 (von denen in 1 lediglich
der Buskanal 82 gezeigt ist).
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Unter
Bezugnahme auf 2 und 3 weist
jede der feststehenden Leitringanordnung 44 eine an der
Ringhalterungisolierungssäule
befestigte U-förmige
Ringstruktur und eine (nicht gezeigte) Ringhalterungsplatte auf.
Die Ringhalterungsplatte dient dazu, eine Zwischenwand oder ein
geerdetes Metallblechteil zwischen den Unterkammern 57 der Kammer 56 zu
bilden. Das oben erwähnte
US-Patent 6 465 926 enthält
eine detailliertere Beschreibung der Isolierungssäulen und
der Halterungsplatte.
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Die
U-förmige
Ringstruktur 200 weist eine obere leitende Ringplatte 200T,
eine untere leitende Ringplatte 200B und eine daran angebrachte
abdeckende Wand 200W auf. Im Inneren der U-förmigen Ringstruktur 44,
z.B. zwischen der oberen leitenden Ringplatte 200T und
der unteren leitenden Ringplatte 200B, ist ein Leitringkanal 220 ausgebildet.
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Die
feststehenden Leitringanordnungen 44 jeder Phasenebene
weisen Bürstenvorrichtungen 70 auf,
die darauf angeordnet und montiert sind, wie es beispielsweise in 2 und 3 gezeigt
ist. Die Bürstenvorrichtungen 70 sind
in der in 2 gezeigten Weise an Winkelpositionen
um die drehbare Welle 28 herum angeordnet. In dem veranschaulichten exemplarischen
Ausführungsbeispiel
weist jede U-förmige
Ringstruktur 44 achtundsechzig Bürstenvorrichtungen 70 auf,
die darauf in dreiundvierzig Paaren vorgesehen sind, wobei dreiundvierzig
Bürstenvorrichtungen 70 schwebend
von unterhalb der obersten leitende Ringplatte 200T her
getragen werden, und weitere dreiundvierzig Bürstenvorrichtungen 70 an
der unteren leitenden Ringplatte 200B befestigt sind.
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Ein
in dem Rotationstransformatorsystem 20 verwendetes exemplarisches
Paar von Bürstenvorrichtungen 70 ist
in 3 veranschaulicht. Jede Bürstenvorrichtung 70 weist
eine Kohlebürste 240 und
einen Bürstenhalter 242 auf.
Die Bürstenhalter 242 sind
von der obersten leitenden Ringplatte 200T her schwebend
aufgehängt
und an der unteren leitenden Ringplatte 200B mittels Bolzenschrauben und
Unterlegscheiben befestigt. Eine (nicht gezeigte) Isolierungsplatte
ist zwischen dem Bürstenhalter 242 und
den Ringplatten 200T, 200B eingefügt. Elektrisch
leitfähige
Anschlussleitungen (z.B. Kupferlitzen) 250 erstrecken sich
ausgehend von dem hinteren Ende der Kohlebürsten 240 und enden
an einem Schnelltrennanschlusspunkt 252, der durch Befestigungsmittel
in einer der Ringplatten 200T, 200B elektrisch
leitend befestigt ist. Jede Bürstenvorrichtung 70 enthält Negatorfederanordnung 256,
die dazu dienen, in Richtung des Schleifrings 27 eine im
Wesentlichen konstante Vorspannkraft auf die Kohlebürsten 240 auszuüben. Das
oben erwähnte
US-Patent 6 465 926 enthält
eine detailliertere Beschreibung des feststehenden Leitrings und
der Bürstenvorrichtungen.
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Wie
in 2 gezeigt, weist jede U-förmige Ringstruktur 200 eine
sich davon radial weg erstreckende elektrisch leitende Sammelschiene 260 auf. Die
Sammelschiene 260 durchquert die Kammerwand 56 und
ist von dieser isoliert. Die Sammelschiene 260 ist an ihrem
entfernten von der U-förmigen Ringstruktur 200 abgewandten
Ende mit einer darauf angeordneten Bussteckverbindung 262 versehen. Jede
Sammelschiene 260 ist mit einem Kanal 350 ausgebildet,
der mit einem Stopfen 351 versehen ist, der darin so eingeschweißt ist,
dass Luftströmung entlang
dem Buskanal 350 verhindert ist. Hierdurch wird vermieden,
dass mit Kohlenstoffpartikeln beladene Kühlluft längs der Sammelschiene 260 strömt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 und 3 ist ein
hohler, konisch geformter Isolator 400 gezeigt, der sich
ausgehend von der Wand 200W des Leitringkanals 44 erstreckt.
Der hohle Isolator 400 ist mit der Kammer 56 über einen
Flansch 410 verbunden, durch den Bolzenschrauben 424 hindurch
geführt sind.
Der hohle, konisch gestaltete Isolator 400 weist eine Kegelstumpfform 414 auf,
die sich zwischen dem feststehenden Leitring 44 und der
Kammerwand 56 erstreckt. Der Kegelstumpf 414 ist
mit einer Reihe von Rippen 432 ausgebildet, die dem Isolator
eine größere elektrische
Kriechweglänge
verleihen, und der O-Ring 423 erlaubt jede eventuelle Ausdehnung zwischen
unterschiedlichen Materialien des Isolators 400 und des
feststehenden Leitrings 44. Wie am besten in 3 zu
sehen, weist der feststehende Leitring 44 in der Wand 200W eine Öffnung 49 auf
und ist mit einem ringförmigen
Flansch 422 versehen, der auf einem Kupferwerkstoff basiert.
Der Isolator 400 weist ein schmaleres Ende oder eine Öffnung 418 auf,
die in den ringförmigen
Flansch 422 eingeführt
und durch den O-Ring 423 innerhalb des Kupferflansches 422 an
Ort und Stelle gehalten wird. Diese Anbindung erlaubt ein gewisses
Gleiten (oder) zwischen dem Isolator 400 und dem leitenden
Ring 44, das aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungsraten
dieser Teile auftritt. Der Isolator 400 weist einen mit
größerem Durchmesser
bemessenen Querschnittsabschnitt 465 auf, der die Kammer 56 durchquert
und mit dieser verbunden ist. Es sollte klar sein, dass der Isolator 400 auf
einem cycloaliphatischen Epoxidharz basiert oder auf einer beliebigen
sonstige Form einer geeigneten elektrischen Isolierung basieren
kann, die mittels eines polymeren Epoxidharzes oder einer Keramik,
beispielsweise Porzellan, hergestellt ist.
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Die
Innenwände 460 des
Isolators 400 divergieren an außerhalb der Kammer 56 und
des Flansches 424 angeordneten Wänden 426 konvex. Die divergierende
Wand 460 erfüllt
einen doppelten Zweck. Der eine Zweck ist, die Öffnungsoberfläche 428 zu
vergrößern, wodurch
das Fluid, das den feststehende Leiterring 44 verlässt, wobei
es einen wie durch den Luftstrompfad 334F gezeigten Weg
nimmt, ansteigt, so dass die Luftgeschwindigkeit aus der Öffnung 428 heraus
und in den benachbarten Filter 420 hinein ausreichend gering
ist, um dem Filter ein wirkungsvolles Absorbieren der in dem Luftstrom
enthaltenen Kohlenstoffpartikel zu ermöglichen. Der andere Zweck des
konvexen Divergierens der Wände 460 ist,
außerdem
eine Kriechablagerung von Kohlenstoffpartikeln jenseits des Einflusses
des elektrischen Feldprofils (wie es in 4 gezeigt
ist) zwischen dem Hochspannungsanschluss an dem Kupferflansch 422 und
dem Masseanschluss an dem Flansch 424 an der Kammer 56 zu
verhindern. Die konische Form des Kegelstumpfes 414 führt dazu, dass
sich der Abstand zwischen den Äquipotentiallinien 500 (siehe 4),
die den hohlen Isolator 400 in der Nähe des Kegelstumpfs 414 durchqueren,
hinsichtlich des Abstandes zwischen diesen Linien 500 längs der
Zentralachse 600 vergrößert. Folglich
werden beliebige elektrisch geladene Partikel oder Kohlenstoffpartikel,
die durch die Hochspannung innerhalb des Kollektorsystems elektrisch
aufgeladen werden können,
durch das Profil des elektrischen Feldes dahingehend beeinflusst,
durch das Zentrum des Isolators 400 und nicht in der Nähe der Innenwände des Isolators 400 zu
strömen.
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2 und 3 zeigen
ferner eine Sammelkammer 430, die auf einer rechteckig
ausgebildeten Kammer mit Seitenwänden 431 und
Flanschen 429 basiert, die durch Bolzenschrauben 434 an
der Kammerwand 56 befestigt sind. Es ist selbstverständlich, dass
die Kammer 430 für
höhere
Nennstromstärken zylindrisch
gestaltet sein kann. Die Seitenwände 431 sind
mit einem nach innen gerichteten Flansch 442 versehen,
der mit diesen verschraubt ist. Der Flansch 442 weist ein
Filter 420 auf, das durch diesen befestigt und getragen
wird. Das Filter ist ein herkömmliches
industrielles Filter für
Kohlenstoffstaub, so dass Kohlenstoffstaub einer Partikelgröße von weniger
als etwa 1 Mikrometer abgefangen wird. Im Ergebnis schafft die Verwendung
des Filters und des Isolators einen wirkungsvollen Weg, um dem Fluid
ein Entweichen längs
des Pfades 334G zu erlauben, wobei eine Kühlung des
feststehenden leitenden Rings ermöglicht ist und gleichzei tig
Kohlenstoffpartikel durch das Filter 420 aus dem Fluidstrom 334F eliminiert
oder entfernt werden.
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Es
sollte klar sein, dass die Gestalt des Isolators 400 gegenüber der
Verwendung eines Isolators, der lediglich hohl ist, einen wesentlichen
Vorteil bietet. Aufgrund des Profils des elektrischen Feldes zwischen
dem feststehenden Leiterring, der bei einem Hochspannungspotential
und dem Erdpotential des Gehäuses 56 betrieben
wird, verhindert die Gestalt des hohlen Isolators 400,
dass sich Kohlenstoffpartikel längs
der Innenflächenwände des
Isolators 400 ablagern und eine Kriechstromschicht bilden. Hierdurch
werden die Kohlenstoffpartikel daran gehindert, längs der
Innenwände
des Isolators Kurzschlussbedingungen zu erzeugen.
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Da
das Rotationstransformatorsystem 20 mit Hochspannung betrieben
wird, muss es eingekapselt sein. Die Kapseln für das Rotationstransformatorsystem 20,
zu dem die Kammer 56 des Gehäuses 50 gehört, sind
im Vorausgehenden beschrieben. Allerdings kann sich in dem Gehäuse Staub,
der aufgrund des Verschleißes
der Kohlebürsten 240 entsteht,
innerhalb der Kapseln anhäufen
und Isolierungsflächen,
z.B. die Säulenisolatoren 102,
verunreinigen. Daher wird gemäß einem
Aspekt des Rotationstransformatorsystems 20 ein Kühlungs-/Reinigungsfluid (z.B.
Luft) eingeführt
und der Strom dieses Kühlungs-/Reinigungsfluids
wird gesteuert, um den Bürstenabrieb
von den Säulenisolatoren 102 abzutransportieren.
Darüber
hinaus ist der Luftstromspalt 48 zwischen dem Schleifring 27 und
der feststehenden Leitringanordnung 44 von Bedeutung im
Zusammenhang mit der Reinigung und Kühlung des Rotationstransformatorsystems 20.
Das Kühlungs-/Reinigungsfluid
strömt
durch den Luftstromspalt 48, vorbei an den Berührungspunkten
der Kohlebürsten 240 und
anschließend entlang
einer halbkreisförmigen Hüllkurve
in Richtung des Auslassisolators 400. Das sich bewegende
Kühlungs-/Reinigungsfluid
schafft ein Mittel, um Wärme
von den Kohlebürsten 240 und der
feststehenden Leitringanordnung 44 abzuführen, wobei
der aufgrund elektrischer Verluste und mechanischer Reibung hervorgerufene
Temperaturanstieg reduziert wird.
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Indem
weiter auf das Vorausgehende eingegangen wird, weist das Rotationstransformatorsystem 20,
wie in 1 gezeigt, eine oder mehrere Kühlungs-/Reinigungsquellen auf,
z.B. ein Ventilationsgebläse 300 und
ein Ventilationsgebläse 302.
Das Ventilationsgebläse 302 enthält einen
Gebläsemotor 304 und
ist strömungsmäßig verbunden,
um Ventilationsfluid, das auch als Kühlungs-/Reinigungsfluid (z.B.
Luft) bezeichnet ist, wie durch Fluidstrompfeile 310 angedeutet über das
Kanalsystem 308 in das Innere des Gehäuses 50 einzubringen.
Das Ventilationsgebläse 300 ist
an einer (an dem Gehäuse 50 angebrachten)
Klammer 320 befestigt und steht sowohl dem Motor 30 als
auch der Kammer 56, einschließlich der Kühlung und Reinigung der Schleifringe 27 und
der feststehenden Leitringanordnungen 44 mit deren Bürstenvorrichtungen 70 zur
Verfügung.
Das Kühlungs-/Reinigungsfluid
(z.B. Luft) strömt,
wie durch Fluidstrompfeile 330 gezeigt, ausgehend von dem
Ventilationsgebläse 300 durch
das Kanalsystem 328. Das Kanalsystem 328 weist
für jede
Phasenebene 58 eine Ausgangspforte oder dgl. auf, so dass das
Ventilationsfluid, wie durch die Fluidstrompfeile 332A–332C in 1 veranschaulicht,
für jede
Phasenebene 58 in das Innere der entsprechenden Unterkammern 56A, 56B und 56C eintritt.
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Ein
exemplarischer Pfad des Kühlungs-/Reinigungsfluids
für eine
einzelne, als Beispiel verwendete Phasenebene 58 ist anhand
des obigen Rotationstransformatorsystems 20 in 3 gezeigt.
Diesbezüglich
veranschaulicht 2 durch Fluidstrompfeil 334A den
Eintritt des Kühlungs-/Reinigungsfluids
durch eine Pforte 336 des Kanalsystems 328. Das in
die Unterkammer 58 eintretende Kühlungs-/Reinigungsfluid wird
in Richtung der Mitte der hexagonal geformten Unterkammer 58 geblasen,
wobei es das Innere der Unterkammer 58 bis zu der drehbaren Welle 28 füllt. Als
solches umspült
das eintretende Kühlungs-/Reinigungsfluid,
wie durch den Fluidstrompfeil 334B in 2 angedeutet,
jeden der Säulenisolatoren 102.
Das Kühlungs-/Reinigungsfluid strömt anschließend, wie
durch den Fluidstrompfeil 334C angedeutet, über den
Schleifring 27, wodurch der Schleifring 27 gekühlt wird.
Das Kühlungs-/Reinigungsfluid
tritt anschließend,
wie durch den (in 2 gezeigten, jedoch in 3 besser
veranschaulichten) Fluidstrompfeil 334C angedeutet, in
den zwischen dem Schleifring 27 und der feststehenden Leitringanordnung 44 angeordneten
(in 3 dargestellten) Luftstromspalt 48 ein.
Der Luftstromspalt 48 lenkt auf diese Weise den Strom des
Kühlungs-/Reinigungsfluids über die
Schnittstelle der Kohlebürste 240 und
des Schleifrings 27. Das Kühlungs-/Reinigungsfluid tritt
dadurch in den in der Bürstenvorrichtung 70 vorhandenen
Leitringkanal 220 ein und strömt (wie durch den Fluidstrompfeil 334D in 3 dargestellt) über die
Bürstenanordnung 70.
Sobald sich das Kühlungs-/Reinigungsfluid
in dem Leitringkanal 220 befindet, strömt es in dem Leitringkanal 220 auf
einem halbkreisförmigen
Pfad in der durch den Fluidstrompfeil 334E veranschaulichten
Weise (siehe 2) um die feststehende Leitringanordnung 44.
Das Kühlungs-/Reinigungsfluid
bewegt sich innerhalb der feststehenden Leitringanordnung 44 somit
auch dann halbkreisförmig,
wenn sich die drehbare Welle 28 nicht dreht. Das Kühlungs-/Reinigungsfluid
wird anschließend,
wie durch den Fluidstrompfeil 334F in 2 und 3 veranschaulicht,
durch einen Auslasskanal 350 aus der Kammer 58 ins
Freie entlassen.
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Die
Geschwindigkeit des Kühlungs-/Reinigungsfluids
ist innerhalb des Leitringkanals 220 der feststehenden
Leitringanordnung 44 größer als
in dem gegenüber
dem Schleifring 27 innenliegenden Raum, was die Aufnahme
von Bürstenabrieb
und dergleichen während
des Strömens
des Kühlungs-/Reinigungsfluids
um die Ringgestalt der Leiterhüllenanordnung
fördert.
Allerdings ist auch in dem gegenüber
(dem Schleifring) 27 inneren Raum eine Bewegung von Kühlungs-/Reinigungsfluid
an den Säulenisolatoren 102 vorbei
vorhanden, die dazu neigt, diese rein zu halten.
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Luft
wurde oben als ein Beispiel eines geeigneten Kühlungs-/Reinigungsfluids erwähnt. Weitere nicht
als beschränkend
zu wertende Beispiele geeigneter Fluide, die als Kühlungs-/Reinigungsfluid
dienen können,
sind Öl,
Wasserstoffgas und Sulfahexafluoridgas (SF6). Eine Verwendung von
SF6 in einem geschlossenen oder abgedichteten System ermöglicht eine
Verkleinerung des Kollektorsystems 40. SF6 weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit
und höhere
dielektrische Festigkeit auf als Luft. Durch SF6 lässt sich
bei ein und demselben atmosphärischen Druck
der Abstand zwischen Leiter und Masse auf die Hälfte der Luftspalte reduzieren.
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Es
ist ferner selbstverständlich,
dass das Ventilationsgebläse 300 und
das Ventilationsgebläse 302 lediglich
Beispiele für
Quellen des Kühlungs-/Reinigungsfluids
sind. Andere Quellen, die in der Lage sind, das Kühlungs-/Reini gungsfluid
in die geeigneten Kammern zu lenken, werden ebenfalls von dem Schutzumfang
der Erfindung abgedeckt, beispielsweise unter Druck gesetzte Quellen
von Kühlungs-/Reinigungsfluid.
Darüber
hinaus wird in Betracht gezogen, dass der Strom von Fluid in den Leitringkanal 220 zusätzlich zu
der Luft, die den Luftspalt 48 durchströmt, durch eine Kanalisierung eingeführt werden
könnte,
die eine oder mehrere der Wände 200T, 200B und 200W durchquert.
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In
dem hier verwendeten Sinne ist unter "Hochspannung" auf dem Gebiet rotierender Maschinen
ein Bereich von 13,8 kV bis zu mindestens 26 kV, und möglicherweise
höher zu
verstehen. Mit Niederspannung sind im Allgemeinen Bereiche von 4
kV und darunter bezeichnet; Mittelspannung liegt im Bereich von
6600 V und 7200 V.
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Während die
Erfindung in Verbindung mit dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde, ist es allerdings selbstverständlich, dass die Erfindung
nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel
beschränkt
sein soll, sondern vielmehr vielfältige Modifikationen und äquivalente
Anordnungen abdecken soll, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.