DE69726139T2

DE69726139T2 - Turbogenerator-Anlage

Info

Publication number: DE69726139T2
Application number: DE69726139T
Authority: DE
Inventors: Mats Leijon; Peter Templin; Claes Ivarson; Lars Gertmar; Peter Carstensen; Bertil Larsson; Sören Berggren; Erland Sörensen; Bertil Berggren; Gunnar Kylander; Mons HÖLLELAND
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2017-05-28
Also published as: EA199801052A1; NO985554L; US6906447B2; CA2255740C; PE73998A1; AU2988197A; EA199801054A1; PE69998A1; AU2987397A; PE68798A1; CN1220042A; WO1997045925A1; DE69725306T2; EP0901700A2; ID19456A; EP0901702A1; YU54398A; ID19777A; WO1997045927A1; ZA974717B

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ausrüstungen, in erster Linie für Wärmekraftwerksanlagen, zur Erzeugung von elektrischer Wirkleistung und elektrischer Blindleistung für mit den Wärmekraftwerksanlagen verbundenen Hochspannungsverteiler- oder Hochspannungsübertragungsnetzen. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf rotierende elektromechanische Ausrüstungen zur Erzeugung elektrischer Energie für Hochspannungsverteiler- oder Hochspannungsübertragungsnetze ohne zwischengeschaltete Transformatoren. Der oder die zu der Ausrüstung gehörende/n Generator/Generatoren hat/haben einen magnetischen Kreis, zu dem normalerweise ein Eisenkern und ein Luftspalt, ein Kühlsystem und mindestens eine, gewöhnlich zwei, Wicklung/en gehören, die im Stator beziehungsweise im Rotor angeordnet ist/sind.
Stand der Technik
Wärmekraftwerksanlagen werden heutzutage gemäß einer Anzahl unterschiedlicher Prinzipien gebaut. Es werden unterschiedliche Arten von Brennstoff, wie zum Beispiel Erdgas, Öl, Bio-Brennstoff, Kohle, Gemische aus den gerade genannten Brennstoffen oder Kernbrennstoff verwendet, um hohe Temperaturen in einem Gas zu erzeugen, und zwar entweder in einem Verbrennungsprozess oder in einem Kernspaltungsprozess. Bei dem Gas kann es sich entweder um Abgase eines Verbrennungsvorganges oder um indirekt erhitzten Dampf handeln. Die Erhitzung erfolgt in einem relativ kleinen Volumen, was bedeutet, daß der Druck extrem hoch ist. Das heiße Gas wird dann schrittweise in größere und größere Volumina übergeführt, wobei die thermische Energie dann in kinetische Energie um gewandelt wird. Das schnellströmende Gas wird in einer Anzahl von Stufen auf die Schaufeln in einer Turbine geleitet, wodurch eine rotierende Bewegung erzeugt wird. Schließlich wandelt mindestens ein Generator, der an dieselbe Welle wie die Turbine oder über ein Getriebe an diese angeschlossen ist, die Energie in elektrische Energie, die über einen aufwärts-transformierenden Transformator an Übertragungs- und Verteilernetzen, im folgenden als Starkstromnetze bezeichnet, abgegeben wird.
Kraftwerke, die nur aus einer Einheit entsprechend einem der oben erläuterten Prinzipien bestehen, können in bestimmten Fällen natürlich die beste Lösung sein. Jedoch ist eine Kraftwerksanlage häufig in vorteilhafter Weise aus mehreren Einheiten aufgebaut. Dies ermöglicht eine größere Flexibilät und Robustheit gegen Störungen in der Ausrüstung. Es können auch verschiedene Einheiten für den Betrieb mit unterschiedlichen Brennstoffarten ausgeführt sein, so daß der jeweils billigste Brennstoff verwendet werden kann. Andere Kombinationen sind möglich, um den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu erhöhen, wobei die Restwärme einer Einheit von einer anderen Einheit verwendet wird.
Normalerweise wird zwischen zwei Arten von Turbinen unterschieden: Gasturbinen und Dampfturbinen. Gasturbinen werden direkt durch Verbrennungsgase (eventuell nach deren Reinigung) angetrieben, während Dampfturbinen, wie der Name andeutet, mit Dampf betrieben werden, der auf hohen Druck erhitzt wurde.
Zu den wesentlichen Teilen einer Gasturbine gehören mindestens eine Kompressorstufe, eine Brennkammer, mindestens eine Turbinenstufe und ein Generator. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, daß die vorhandene Turbinenstufe aus mehreren Stufen besteht, um eine optimale Ausnutzung der thermi schen Energie zu ermöglichen. Jede Stufe wird für denjenigen Druck dimensioniert, den das Gas in dem betreffenden Teil der Turbine hat. Typischerweise wird ein Hochdruck- und ein Niederdruckteil verwendet, oder ein Hochdruckteil, ein Zwischendruckteil und ein Niederdruckteil. Auch der Kompressor kann aus mehreren Stufen, normalerweise zwei, aufgebaut sein. Der Druck in der Kompressorstufe ist so angepaßt, daß eine optimale Verbrennung erzielt wird. Die in die Brennkammer eintretende Luft wird vorgewärmt.
Zu den wesentlichen Teilen einer Dampfturbineneinheit gehören eine auf Verbrennung oder Kernspaltung basierende Wärmequellen-Einheit, ein Dampferzeuger, eine Dampfturbine und ein elektrischer Generator. Der Dampferzeuger besteht üblicherweise aus Stahlrohren, durch welche Wasser zirkuliert und die in der genannten Wärmequellen-Einheit angeordnet sind, um einen optimalen Wärmeübergang zu erreichen. Der auf hohe Temperatur und hohen Druck erhitzte Dampf wird der Turbine zugeführt. Auch die Dampfturbine kann in vorteilhafter weise in verschiedene Abschnitte unterteilt sein, und zwar in derselben Weise wie oben beschrieben, abhängig vom Druck.
Um den höchstmöglichen Wirkungsgrad zu erzielen, wird eine Kombination dieser beiden Turbinentypen in vorteilhafter Weise in zwei Stufen verwendet, das heißt als kombinierte Umlauf-Kraftwerksanlage. Beispielsweise wird eine Gasturbinenanlage, die den Hauptteil ihrer Leistung durch eine Gasturbine erzeugt, durch einen Dampferzeuger ergänzt, der die Restwärme der Abgase ausnutzt, nachdem diese die Turbinenstufe verlassen haben, wodurch zusätzliche Energie gewonnen wird. Eine Kohle-Kraftwerksanlage vom PFBC-Typ ("Pressurized Fluidized Bed Combustion"), die heutzutage das Beste darstellt, was es unter dem Gesichtspunkt des Wirkungsgrades und der umweltfreundlicher Verbrennung von Kohle gibt, erzeugt den Hauptteil ihrer elektrischen Energie durch einen Dampferzeuger, der in der Wärmequellen-Einheit angeordnet ist. Die Verbrennungsgase, die sich nach der Dampferzeugung etwas abgekühlt haben, werden nach einer Staubabscheidung einer Gasturbine zugeführt.
Viele Kraftwerksanlagen werden auch für die Bezirksheizung verwendet, und in vielen Fällen ist ein extrem hoher Gesamtwirkungsgrad erreichbar.
Beispiele relevanter Anlagetypen werden unten beschrieben. Eine Gasturbine in diesen Anlagen wird beheizt mit Gas (vorzugsweise Erdgas), Öl oder einer Kombination aus Gas und Öl.
Gasturbinen-Kraftwerksanlage
Eine Anlage, die aus einer oder mehreren Einheiten besteht, von denen jede eine Gasturbine und einen zugehörigen Generator enthält.
Kombinierte Umlauf-Mehrwellen-Gasturbinen-Kraftwerksanlage
Eine Anlage, die aus einer oder mehreren Einheiten besteht, von denen jede eine Gasturbine und einen zugeordneten elektrischen Generator enthält und bei welcher die heißen Gase von der Gasturbine einem Wärmetauscher zur Dampferzeugung zugeführt werden. Der Dampf treibt eine Dampfturbine mit zugehörigem elektrischen Generator an.
Kombinierte Umlauf-Einwellen-Gasturbinen-Kraftwerksanlage
Eine Anlage die aus einer oder mehreren Einheiten besteht, von denen jede eine Gasturbine und einen zugeordneten elektrischen Generator enthält und bei welcher die heißen Gase von den Gasturbinen einem Wärmetauscher zur Erzeugung von Dampf zugeführt werden. Der Dampf treibt eine Dampfturbine, die an das "freie Ende" einer der Gasturbinen angeschlossen ist.
Dampfkraftwerksanlage
Eine Anlage in welcher ein Verbrennungsprozeß (wie zum Beispiel Öl, Kohle, PBBC, Bio-Brennstoff) über einen Dampferzeuger (wasserführende, Rohre die in der Wärmequelle-Einheit angeordnet sind) einen Dampfdruck erzeugt, der eine Dampfturbine mit einem zugeordneten elektrischen Generator antreibt.
Kernkraftwerksanlage
Eine Anlage ähnlich der Dampfkraftwerksanlage, bei der jedoch der Dampferzeuger in dem als Wärmequellen-Einheit verwendeten Kernreaktor angeordnet ist.
Allen oben beschriebenen Kraftwerksanlagen ist gemeinsam, daß ein elektrischer Generator über eine gemeinsame Welle oder über ein Getriebe mit der Turbine zwecks Umwandlung in elektrische Energie verbunden ist. Ein elektrischer Generator kann auch mit zwei Turbinen verbunden sein. Die Umwandlung erfolgt gewöhnlich durch einen Synchrongenerator, der sowohl zur Erzeugung von Blindleistung als auch zur Umwandlung in Wirkleistung verwendet werden kann. Gewöhnlich handelt es sich um zweipolige oder vierpolige elektrische Generatoren des Turbogeneratorentyps, aber es existieren auch andere Polzahlen und Ausführungsformen. Ein typischer Spannungsbereich für heutige Generatoren erstreckt sich von 10– 30 kV.
Eine Zwischeneinheit wird verwendet, um eine zuverlässige Verbindung des Generators mit einem abgehenden Starkstromnetz zu ermöglichen. Wie aus 3 hervorgeht, verläuft ein isoliertes Sammelschienensystem von den Ausgangsklemmen des Generators 100 zu einem Generatorleistungsschal ter mit Trennschalter 107. Das Sammelschienensystem setzt sich fort zu einem Hilfs-Leistungstransformator 109 und zu einem aufwärts-transformierenden Transformator 106. Die beiden öl-gefüllten Transformatoren sind wegen der Explosionsgefahr normalerweise im Freien untergebracht. Häufig wird auch irgendeine Art von explosionssicherer Wand verwendet, um die Anlage zu schützen. Die Verbindung mit dem abgehenden Netz 110 erfolgt über einen anderen Leistungsschalter und Trennschalter 108 in einer Hochspannungsschaltanlage außerhalb der Anlage. Diese Schaltanlage ist vorzugsweise für mehrere Einheiten der Anlage gemeinsam.
Eine Alternative, um einen direkten Anschluß des aufwärtstransformierenden Transformators 106 eines jeden Generators 100 an das abgehende Starkstromnetz 110 zu ermöglichen, besteht darin, den aufwärts-transformierenden Transformator dazu zu benutzen, die Generatorspannung auf ein Zwischenspannungsniveau zu transformieren und dann diese Zwischenspannungsniveau über einen Netzspannungstransformator an das abgehende Starkstromnetz 110 anzuschließen. In einem begrenzten Gebiet oder einer Anlage mit mehreren Einheiten kann dies eine billigere Gesamtlösung darstellen, insbesondere, wenn die Leistung jeder Einheit im Verhältnis zu dem Spannungsniveau des abgehenden Starkstromnetzes klein ist.
Die Nachteile der oben genannten Lösungen sind bedingt durch das niedrige Spannungsniveau (10–30 kV) des Generators. Das Sammelschienensystem muß mit einem großen Kupferquerschnitt bemessen werden, um die Verluste klein zu halten. Der Generator-Leistungsschalter 107 wird groß und teuer, um den hohen Strom, der durch die niedrige Spannung bedingt ist, zu unterbrechen. Der aufwärts-transformierende Transformator 106 ist teuer und stellt auch ein Sicherheitsrisiko dar. Er verursacht auch einen schlechteren Wirkungsgrad.
Der magnetische Kreis in einzelnen elektrischen Generatoren enthält gewöhnlich einen lamellierten Kern, beispielsweise aus Stahlblech, mit einer geschweißten Konstruktion. Um die Belüftung und Kühlung des Kerns zu erreichen, ist der Kern häufig in Pakete mit radialen und/oder achsialen Lüftungskanälen unterteilt. Bei größeren Maschinen sind die Lamellen als Segmente ausgestanzt, die an dem Rahmen der Maschine angebracht werden, wobei der lamellierte Kern durch Preßfinger und Preßringe zusammengehalten wird. Die Wicklung des magnetischen Kreises ist in Nuten des Kerns untergebracht, wobei die Nuten im allgemeinen einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt haben.
In mehrphasigen elektrischen Maschinen sind die Wicklungen entweder als Einschichtwicklung oder als Zweischichtwicklung ausgeführt. Bei Einschichtwicklungen ist nur eine Spulenseite pro Nut vorhanden, während bei Zweischichtwicklungen zwei Spulenseiten in einer Nut liegen. Unter Spulenseite werden ein oder mehrere Leiter verstanden, die vertikal oder horizontal zusammengefaßt sind und mit einer gemeinsamen Spulenisolation versehen sind, das heißt mit einer Isolation, die so bemessen ist, daß sie der Nennspannung der Generatoren gegen Erde standhält.
Zweischichtwicklungen werden gewöhnlich aus Spulen mit gleichen Wicklungsschritten (Spulen gleicher Weite) aufgebaut, während Einschichtwicklungen im vorliegenden Zusammenhang sowohl aus Spulen mit gleichen Wicklungsschritten als auch aus Spulen mit ungleichen Wicklungsschritten (Flachwicklungen) aufgebaut werden können. Bei Spulen mit gleichen Wicklungsschritten gibt es nur eine (möglicherweise zwei) Spulenweiten, während Flachwicklungen als konzentrische Wicklungen aufgebaut sind, das heißt, mit stark variierender Spulenweite. Unter Spulenweite wird der Abstand in Bogenmaß zwischen zwei Spulenseiten verstanden, die zu derselben Spule gehören.
Normalerweise werden alle großen Maschinen mit einer Zweischichtwicklung und Spulen gleicher Weite ausgeführt. Jede Spule wird mit einer Seite in einer Schicht plaziert und mit der anderen Seite in der anderen Schicht. Dies bedeutet, daß sich alle Spulen am Spulenende (am Wicklungskopf) miteinander kreuzen. Wenn mehr als zwei Schichten vorhanden sind, komplizieren diese Kreuzungen die Wickelarbeit und die Spulenenden sind weniger zufriedenstellend.
Nach allgemeiner Meinung können Spulen für rotierende Generatoren mit guten Ergebnis in einem Spannungsbereich von 10– 20 kV hergestellt werden.
Versuche, einen Generator für höhere Spannungen zu entwickeln, gibt es seit langer Zeit. Dies wird sichtbar beispielsweise aus der Druckschrift "Electric World", October 15, 1932, Seiten 524–525. Die Druckschrift beschreibt den Aufbau eines von Parson 1929 entworfener Generator für 33 kV. Die Druckschrift beschreibt auch einen Generator in Langerbrugge, Belgium, der eine Spannung von 36 kV erzeugte. Obgleich der Artikel auch über die Möglichkeit einer noch weiteren Erhöhung der Spannungsniveaus spekuliert, war deren Entwicklung durch das Konzept beschnitten, auf den diese Generatoren basierten. Dies lag vor allem an den Mängeln des Isolationssystems, für welches harz-imprägnierte Schichten aus Glimmer, Öl und Papier in mehreren getrennten Schichten verwendet wurden.
Solche Versuche als ein neuer Anlauf hinsichtlich des Baus von Synchron-Generatoren werden beispielsweise beschrieben in einem Artikel "Water-and-oil-cooled Turbo-generator TVM-300" in J. Elektrotechnika, Nr. 1, 1970, Seiten 6–8, in US- PS 4.429.244 "Stator of generator" und in der russischen Patentschrift CCCP Patent 955369.
Die in J. Elektrotechnika beschriebene wasser- und ölgekühlte Synchronmaschine ist für Spannungen bis 20 kV bestimmt. Der Artikel beschreibt ein neues Isolationssystem, welches aus einer Öl/Papierisolation besteht, die es ermöglicht, den Stator vollständig in Öl zu tauchen. Das Öl kann dann als Kühlmittel verwendet werden, während es zugleich als Isolation dient. Um zu verhindern, daß das im Stator vorhanden Öl in den Rotor leckt, ist an der inneren Oberfläche des Kerns ein dielektrischer Öltrennring vorgesehen. Die Statorwicklung ist aus Leitern von ovaler hohler Gestalt hergestellt und mit einer Öl- und Papierisolation versehen. Die Spulenseiten mit ihrer Isolation werden in den mit rechteckigem Querschnitt geformten Nuten durch Keile gehalten. Öl wird als Kühlmittel sowohl in den hohlen Leitern als auch in den Öffnungen der Statorwände verwendet. Ein solches Kühlsystem erfordert jedoch an den Wickelköpfen eine große Anzahl von Verbindungen sowohl für Öl und Elektrizität. Die dicke Isolation bedingt auch einen vergrößerten Krümmungsradius der Leiter, was seinerseits zu einer größeren Abmessung für den Spulenüberhang führt.
Die oben genannte US-Patentschrift bezieht sich auf den Stator einer Synchron-Maschine mit einem magnetischen Kern aus lamellierten Blechen mit trapezförmigen Nuten für die Statorwicklung. Die Nuten sind abgestuft, da die Anforderungen an die Isolation der Statorwicklung in Richtung zum Rotor abnimmt, wo sich der am dichtesten am neutralen Punkt gelegene Teil der Wicklung befindet. Der Stator enthält auch einen dielektrischen öltrennenden Zylinder dicht an der inneren Oberfläche des Kerns. Hierdurch kann eine höhere Erregung als bei einer Maschine ohne diesen Zylinderring erforderlich werden. Die Ständerwicklung ist aus ölgesättigen Ka beln hergestellt, welche den gleichen Durchmesser für jede Spulenschicht haben. Die Schichten sind voneinander durch Abstandselemente in den Nuten voneinander getrennt und durch Keile gesichert. Spezifisch für die Wicklung ist, daß sie aus zwei sogenannten in Reihe geschalteten Halbwicklungen besteht. Eine dieser beiden Halbwicklungen ist zentral in einer isolierenden Hülse plaziert. Die Leiter der Statorwicklung werden durch das umgebende Öl gekühlt. Ein Nachteil mit soviel im System besteht in der Gefahr eines Lecks und der großen Säuberungsarbeit, die nach einem Fehlerzustand notwendig wird. Diejenigen Teile der Islationshülle, die außerhalb der Nuten liegen, haben einen zylindrischen Teil und eine konische Schirmelektrode, deren Zweck darin besteht, die elektrische Feldstärke in dem Bereich zu steuern, in welchem das Kabel das Ankerblech verläßt.
Die CCCP 955369 offenbart einen anderen Versuch, die Nennspannung der Synchron-Maschine zu erhöhen, wobei die ölgekühlte Statorwicklung aus einem Hochspannungskabel besteht, welches für alle Schichten den gleichen Durchmesser hat. Das Kabel ist in den Statornuten untergebracht, die als kreisförmige radial angeordnete Öffnungen ausgebildet sind, die dem Querschnitt des Kabels und dem für die Befestigung und Kühlung erforderlichen Raum entsprechen. Die mehreren radial angeordneten Schichten der Wicklung sind von Isolationsrohre umgeben und durch diese gesichert. Isolierende Abstandselemente fixieren die Rohre in den Ständernuten. Wegen der Ölkühlung ist auch hier ein innerer dielektrischer Ring erforderlich, um das aus Öl bestehende Kühlmittel gegenüber dem inneren Luftspalt abzudichten. Die Konstruktion zeigt keine Abstufung der Isolation oder der Statornuten. Die Konstruktion zeigt eine sehr kleine radiale Einschnürung zwischen den verschiedenen Ständernuten, was zu einem großen Nutstreufluss führt, wodurch die Anforderung an die Erregung der Maschine stark betroffen ist.
In einem Bericht des Electric Power Research Institute, EPRI, EL-3391 vom April 1984, wird ein Überblick über Generatorkonzepte zur Erzielung höherer Spannungen in elektrischen Generatoren gegeben mit dem Ziel, in der Lage zu sein, einen solchen Generator ohne Zwischentransformator an ein Starkstromnetz anzuschließen. Eine solche Lösung wird im Bericht dahingehend bewertet, daß sie gute Gewinne an Effizienz und beträchtliche finanzielle Vorteile bietet. Der Hauptgrund dafür, daß es im Jahre 1984 für möglich gehalten wurde, Generatoren für den direkten Anschluß an ein Starkstromnetz zu entwickeln, bestand darin, daß ein supraleitender Rotor zu jener Zeit entwickelt worden war. Die beträchtliche Erregerkapazität des durch Supraleitfähigkeit erzeugten Feldes ermöglicht die Verwendung von Luftspaltwicklungen mit ausreichender Dicke, um den elektrischen Beanspruchungen standzuhalten.
Durch die Kombination des Konzepts, daß gemäß dem Projekt am vielversprechendsten erschien, nämlich den Bau eines magnetischen Kreises mit Wicklung, bekannt als "monolitischer Zylinderanker", ein Konzept, bei welchem zwei Zylinder aus Leitern in drei Isolierzylinder eingeschlossen sind und die gesamte Struktur an einem Eisenkern ohne Zähne befestigt wird, wurde angenommen, daß eine rotierende elektrische Maschine für Hochspannung direkt an ein Starkstromnetz angeschlossen werden könnte. Zu der Lösung gehörte, daß die Hauptisolation ausreichend dick gemacht werden muß, um Netz-zu-Netz- und Netz-gegen-Erde-Potentialen zu widerstehen. Offensichtliche Nachteile der vorgeschlagenen Lösung bestehen, neben dem Erfordernis eines supraleitenden Rotors, darin, daß es auch eine extrem dicke Isolation erfordert, welche die Maschinenabmessung vergrößert. Die Wickelköpfe müssen isoliert sein und mit Öl oder Freon gekühlt werden, um die starken elektrischen Felder an den Enden zu beherrschen. Die gesamte Maschine muß hermetisch eingeschlossen werden, um zu verhindern, daß das flüssige dielektrische Medium Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnimmt.
Beschreibung der Erfindung:
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zu entwickeln, die mindestens einen Generator für eine so hohe Spannung enthält, daß der aufwärtstransformierende Transformator überflüssig ist. Der Generator-Leistungsschalter wird dann auch überflüssig. Funktionell wird dieser ersetzt durch den bereits vorhandenen Hochspannungs-Leistungsschalter. Das Sammelschienensystem wird ersetzt durch abgeschirmte Hochspannungskabel. Es ist somit ein Ziel der Erfindung, die elektrischen Generatoren in einer Kraftwerksanlage direkt an das abgehende Starkstromnetz anzuschließen.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung unter einem ersten Aspekt dadurch erreicht, daß eine Anlage der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art die speziellen Merkmale enthält, die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches definiert sind, und unter einem zweiten Aspekt dadurch, daß ein Generator, der im Oberbegriff des Anspruches 28 beschriebenen Art die speziellen Merkmale enthält, die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches und durch das im Anspruch 30 beschriebene Verfahren definiert sind.
Dank des Aufbaus des Isolationssystem für die Wicklung wird der Zerfall der Isolation vermieden, der in den relativ dickwandigen Isolationsschichten aufzutreten tendiert, die für konventionelle Hochspannungs-Generatoren verwendet werden, wie zum Beispiel imprägnierte Schichten aus Glimmerband, deren Zerfall teilweise durch partielle Entladungen, PD, verursacht wird. Innere Koronaentladungen treten auf in Hohlräumen, Poren und dergleichen, die in diesen konventionellen Isolationen vorhanden sind und die während der Her stellung auftreten, wenn die Isolation excessiven elektrischen Feldstärken ausgesetzt ist. Diese Koronaentladungen bauen das Material allmählich ab und können zu Durchschlägen durch die Isolation führen. Andere Defekte, Risse oder dergleichen, die durch Wärmebewegungen in der Wicklung auftreten, werden dank im wesentlichen gleicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schichten vermieden. Die Probleme stellen einen wichtigen Grund dafür dar, daß es unmöglich gewesen ist, Generatoren für den Spannungsbereich über 36 kV früher herzustellen.
Dieses Problem ist durch das Isolationssystem gemäß der Erfindung beseitigt worden. Das Isolationssystem gemäß der Erfindung kann gewonnen werden durch Verwendung von Schichten für die Isolation, die derart hergestellt sind, daß die Gefahr von Hohlräumen und Poren minimal ist, beispielsweise durch extrudierte Schichten aus geeignetem permanentem Isolationsmaterial, wie beispielsweise PEX, thermoplastische Kunststoffen, einschließlich vernetzter thermoplastischer Kunststoffe, EP-Gummi, andere Arten von Gummi, und so weiter. Durch die ausschließliche Verwendung isolierender Schichten, die mit einem Minimum an Defekten hergestellt werden können, sowie durch die Versehung der Isolation mit einem inneren und einem äußeren halbleitenden Teil kann sichergestellt werden, daß die thermische und mechanische Belastung reduziert wird. Im Falle von Temperaturgeradienten bildet der Isolierteil mit den halbleitenden Schichten ein monolitisches Teil, und durch unterschiedliche Ausdehnung, bedingt durch die Temperatur in der Isolation und den umgebenden Schichten, verursachte Fehler treten nicht auf. Die elektrische Belastung des Materials wird verringert durch die die Isolationsschicht umgebenden halbleitenden Schichten, welche Äquipotentialflächen bilden, sowie durch das elektrische Feld im Isolierteil, welches sich folglich gleichmäßig über die Dicke der Isolationsschicht verteilt.
Die äußere halbleitende Schicht kann an das Erdpotential angeschlossen werden. Dies bedeutet, daß für ein solches Kabel die äußere Hülle der Wicklung entlang ihrer gesamten Länge auf Erdpotential gehalten werden kann.
Die speziellen Merkmale einer Anlage gemäß der Erfindung, insbesondere hinsichtlich des Isolationssystems für die Wicklung im Stator des Generators, haben somit die Hindernisse beseitigt, die einer Erhöhung des Spannungsniveaus im Wege standen, und ermöglichen den Verzicht auf den aufwärtstransformierenden Transformator selbst für Spannungen über 36 kV mit den damit verbundenen Vorteilen.
In erster Linie bedeutet das Fehlen eines Transformators große Einsparungen hinsichtlich Gewicht, Raum und Kosten.
Wenn der Transformator, was oft der Fall ist, in einer Entfernung von der Turbinenhalle aufgestellt ist, sind Sammelschienen erforderlich, um Generator und Transformator zu verbinden. Deren Notwendigkeit ist somit auch beseitigt, wodurch nicht nur die Kosten und der Raum, den sie beanspruchen, eingespart werden, sondern auch die Energieverluste in diesen Sammelschienen, die bedeutend sind, da der Strom groß ist, verschwinden. In Sammelschienensystemen können zweiphasige und dreiphasige Fehler auftreten, und die deshalb erforderlichen Leistungsschalter und Trennschalter erfordern ein hohes Niveau an Wartung. Durch die vorliegende Erfindung wird die Gefahr dieser Fehler erheblich reduziert.
Die Brandgefahr durch einen öl-isolierten Transformator wird ebenfalls reduziert, womit auch die Notwendigkeit für Sicherheitsvorkehrungen gegen Feuer reduziert werden.
Die Turbogenerator-Anlage gemäß der Erfindung hat auch den Vorteil, daß sie mit mehreren Anschlüssen für verschiedene Spannungsniveaus erstellt werden kann.
Insgesamt stellen die oben genannten Vorteile eine radikale Verbesserung der Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage dar. Die Kosten für den Bau der Anlage werden dramatisch reduziert, und die Betriebswirtschaftlichkeit wird verbessert durch verminderte Anforderungen an Bedienung und Wartung und durch einen Anstieg des Wirkungsgrades um etwa 0,5–1,5%.
Die Erfindung ist auch anwendbar und bringt Vorteile für einen Turbogenerator für Spitzenlasten, der, wenn notwendig, als Synchron-Kompensator derart verwendet wird, daß der Generator von der Turbine abgekoppelt wird.
Ein Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß durch den Generator Hilfsleistung mittels einer Hilfsleistungs-Wicklung erzeugt werden kann, die in seinen Stator untergebracht ist und die eine bedeutend kleinere Spannung liefert, als sie von der Hauptwicklung des Generators erzeugt wird.
Um dies zu erreichen, kann der magnetische Kreis des oder der in der Turbogenerator-Anlage enthaltenen Generatoren durch ein eingefädeltes permanent isoliertes Kabel mit einer Erdung gebildet werden.
Der größte und wesentliche Unterschied zwischen der bekannten Technologie und der Ausführungsform gemäß der Erfindung besteht somit darin, daß dies mit einem in einem elektrischen Generator vorhandenen magnetischen Kreis erreicht wird, der so beschaffen ist, daß er direkt über mögliche Leistungsschalter und Trennschalter an eine hohe Versorgungsspannung im Bereich zwischen 20 und 800 kV, vorzugsweise höher als 36 kV, angeschlossen werden kann. Der magne tische Kreis kann somit einen lamellierten Kern enthalten, der mindestens eine Wicklung trägt, die aus einem eingefädelten Kabel mit einem oder mehreren permanent isolierten Leitern besteht, die eine halbleitende Schicht sowohl am Leiter als auch an der Außenseite der Isolation tragen, wobei die äußere halbleitende Schicht an Erdpotential angeschlossen ist.
Um die mit dem direkten Anschluss von elektrischen Maschinen an alle Arten von Hochspannungs-Starkstromnetzen verbundenen Probleme zu lösen, hat der Generator in der Anlage gemäß der Erfindung, wie oben bemerkt, eine Anzahl von Merkmalen, die sich deutlich von der bekannten Technologie unterscheiden. Zusätzliche Merkmale und weitere Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert und im folgenden diskutiert.

– Die Wicklung des magnetischen Kreises wird aus einem Kabel hergestellt, welches einen oder mehrere permanent isolierte Leiter enthält mit einer halbleitenden Schicht sowohl am Leiter als auch der Umhüllung. Einige typische Leiter dieser Art sind PEX-Kabel oder ein Kabel mit EP-Gummiisolation, die jedoch für den vorliegenden Zweck sowohl hinsichtlich der Einzelleiter des Leiters als auch hinsichtlich der Art der äußeren Umhüllung weiter entwickelt wurden. PEX = vernetztes Polyethylen (XLPE). EP = Ethylenpropylen.
– Kabel mit kreisförmigem Querschnitt werden bevorzugt, aber auch Kabel mit einigen anderen Querschnitten können verwendet werden, um beispielsweise eine bessere Packungsdichte zu erreichen.
– Ein solches Kabel macht es möglich, den lamellierten Kern gemäß der Erfindung hinsichtlich der Nuten und Zähne in einer neuen und optimalen Weise zu gestalten.
– Die Wicklung wird zur besseren Ausnutzung des lamellierten Kerns vorzugsweise mit einer abgestuften Isolation hergestellt.
– Die Wicklung wird vorzugsweise als eine mehrschichtige konzentrische Kabelwicklung hergestellt, so daß es möglich ist, die Anzahl der Wickelkopfkreuzungen zu reduzieren.
– Der Nutaufbau ist vorzugsweise dem Querschnitt des Wicklungskabels angepaßt, so daß die Nuten aus einer Anzahl zylindrischer Öffnungen bestehen, die achsial und/oder radial voneinander getrennt verlaufen und offene Einschnürungen haben, die sich zwischen den Schichten der Statorwicklung erstrecken.
– Der Aufbau der Nuten ist vorzugsweise dem relevanten Kabelquerschnitt und der abgestuften Isolation der Wicklung angepaßt. Die abgestufte Isolation ermöglicht es, den magnetischen Kern mit im wesentlichen konstanter Zahnbreite herzustellen, unabhängig von der radialen Erstreckung.
– Die oben genannte weitere Entwicklung in Bezug auf die Einzelleiter bedeutet, daß die Wicklungsleiter aus einer Anzahl festgepackter Lagen/Schichten bestehen, das heißt aus isolierten Einzelleitern, die unter dem Gesichtspunkt einer elektrischer Maschine nicht notwendigerweise korrekt transponiert sind, unisoliert und/oder gegeneinander isoliert sind.
– Die oben genannte weitere Entwicklung hinsichtlich der äußeren halbleitenden Schicht bedeutet, daß an geeigneten Punkten längs der Länge des Leiters die äußere halbleitende Schicht entfernt ist, wobei jede hierdurch entstehende Teillänge direkt an das Erdpotential angeschlossen ist.

Die Verwendung eines Kabels der oben genannten Art ermöglicht es, die gesamte Länge der äußeren halbleitenden Schicht der Wicklung sowie auch andere Teile der Anlage auf Erdpotential zu halten. Ein bedeutender Vorteil besteht darin, daß die Größe des elektrischen Feldes im wickelkopfbereich außerhalb der äußeren halbleitenden Schicht annähernd Null ist. Dank des Erdpotentials an der äußeren halbleitenden Schicht braucht das elektrische Feld nicht gesteuert zu werden. Dies bedeutet, daß Feldkonzentrationen weder im Kern, noch in den Wickelkopfbereichen noch an den Übergängen zwischen diesen auftreten.
Die Mischung von isolierten und/oder unisolierten festgepackten Einzelleitern oder transponierten Einzelleitern führt zu niedrigen Streuverlusten.
Das Hochspannungskabel, welches in dem magnetischen Kreis verwendet wird, ist vorzugsweise aufgebaut aus einem inneren Kern/Leiter, der aus einer Vielzahl von Einzelleitern besteht, und mindestens zwei halbleitenden Schichten, von denen die innere von einer Isolationsschicht umgeben ist, die ihrerseits von der äußeren halbleitenden Schicht umgeben ist, die einen äußeren Durchmesser im Bereich von 20–200 mm hat und einen Leiterquerschnitt im Bereich von 50–3000 mm².
Da der Generator in der Anlage gemäß der Erfindung mit dem speziellen Isolationssystem hergestellt ist, braucht der Stator nicht in der Fabrik vollständig hergestellt zu werden, sondern kann stattdessen, in achsiale Abschnitte zerlegt, geliefert werden, und die Wicklung kann vor Ort eingefädelt werden. Dies bedeutet natürlich offensichtliche finanzielle Vorteile aus Sicht des Transportes.
Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein Verfahren, bei welchem diese Möglichkeit ausgenutzt wird.
Unter einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wurden die aufgelisteten Ziele dadurch erreicht, daß eine Anlage von der im Oberbegriff des Anspruches 27 beschriebenen Art mit den speziellen Merkmalen versehen ist, die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches definiert sind.
Da das Isolationssystem, zweckmäßigerweise permanent, so bemessen ist, daß es in thermischer und elektrischer Hinsicht für über 36 kV bemessen ist, kann die Anlage an ein Hochspannungs-Starkstromnetz ohne einen zwischengeschalteten aufwärts-transformierenden Transformator angeschlossen werden, wodurch die genannten Vorteile erzielt werden. Eine solche Anlage ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, so aufgebaut, daß sie die in den Ansprüche 1 bis 27 definierten Merkmale enthält.
Andere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Die Erfindung wird näher erläutert in der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Konstruktion des magnetischen Kreises eines elektrischen Generators in einer Turbogenerator-Anlage und unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen:
1 zeigt eine schematische achsiale Endansicht eines Sektors des Stators eines elektrischen Generators in der Turbogenerator-Anlage gemäß der Erfindung,
2 zeigt eine Endansicht eines stufenweise freigelegten Kabels, welches für die Wicklung des Stators gemäß 1 verwendet wird,
3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Turbogenerator-Anordnung gemäß bekannter Technologie,
4 zeigt ein schematisches Schaltbild für eine Turbogenerator-Anordung, bei welcher die vorliegende Erfindung verwendet wird, und
5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Turbogenerator-Anordnung gemäß der Erfindung.
6 ist ein Schaltbild, welches einen Generator gemäß der Erfindung zeigt mit einer eingebauten Wicklung zur Erzeugung von Hilfsleistung und Frequenzwandler, startend in einer Einzelwellen-Generatoranlage.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
In der schematischen achsialen Ansicht durch einen Sektor des Stators 1 gemäß 1, der zu dem Generator oder den Generatoren in der Turbo-Generator-Anlage gehört, ist auch der Rotor 2 des Generators angedeutet. Der Stator 1 ist in konventioneller weise aus einem lamellierten (geblechten) Kern aufgebaut. 1 zeigt einen Sektor des Generators, der einer Polteilung entspricht. Von dem Joch 3 des Kerns, welches radial am weitesten außen liegt, erstreckt sich eine Anzahl von Zähnen 4 radial nach innen zum Rotor 2. Die Zähne sind durch Nuten 5 voneinander getrennt, in welchen die Statorwicklung angeordnet ist. Die Kabel 6, welche die Statorwicklung bilden, sind Hochspannungskabel, die im wesentlichen von der gleichen Art sein können, wie sie zur Leistungsverteilung verwendet werden, das heißt PEX-Kabel. Ein Unterschied besteht darin, daß die äußere mechanisch schützende Umhüllung und der Metallschirm, die normalerweise solche Leistungsverteilungskabel umgeben, entfernt sind, so daß das Kabel für den vorliegenden Gebrauch nur aus dem Leiter und mindestens einer halbleitenden Schicht auf jeder Seite einer Isolationsschicht besteht. Somit liegt die halbleitende Schicht, die gegenüber einer mechanischen Beschädigung sehr empfindlich ist, nackt an der Oberfläche des Kabels.
In 1 sind die Kabel 6 schematisch dargestellt, indem nur der leitende zentrale Teil eines jeden Kabelteils oder einer jeden Spulenseite gezeichnet ist. Wie man erkennt, hat jede Nut 5 einen variierenden Querschnitt aus abwechselnd breiten Abschnitten 7 und schmalen Abschnitten 8. Die breiten Abschnitte 7 sind im wesentlichen kreisförmig und umgeben die Kabel, wobei die eingeschnürten Abschnitte zwischen diesen die schmalen Abschnitte 8 bilden. Die eingeschnürten Abschnitte dienen der radialen Fixierung der Lage jedes Kabels. Der Querschnitt der Nut 5 wird auch radial nach innen kleiner. Dies geschieht deshalb, weil die Spannung an den Kabelteilen um so niedriger ist, je dichter diese am radial inneren Teil des Stators 1 liegen. Daher können dort dünnere Kabel verwendet werden, während gröbere Kabel weiter außen notwending sind. In dem gezeigten Beispiel werden Kabel in drei verschiedenen Abmessungen verwendet, die in drei entsprechend bemessenen Abschnitten 51, 52, 53 der Nuten 5 angeordnet sind.
2 zeigt ein stufenweise freigelegtes Ende eines Hochspannungskabels zur Verwendung in einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Hochspannungskabel 6 enthält einen oder mehrere Leiter 31, von denen jeder aus einer Anzahl von Einzelleitern 36 besteht, die zusammen beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aus Kupfer (Cu) bilden. Diese Leiter 31 sind in der Mitte des Hochspannungskabels 6 angeordnet, und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder Leiter von einer Teilisolation 35 umgeben. Es ist jedoch möglich, daß die Teilisolation 35 an einem der Leiter 31 weggelassen werden kann. Bei dem vorlie genden Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Leiter 31 zusammen von einer ersten halbleitenden Schicht 32 umgeben. Um diese erste halbleitende Schicht 32 ist eine Isolationsschicht 33 angeordnet, zum Beispiel eine PEX-Isolation, die ihrerseits von einer zweiten halbleitenden Schicht 34 umgeben ist. Somit erfordert der Begriff "Hochspannungskabel" in dieser Anmeldung nicht das Vorhandensein eines metallischen Schirms oder einer äußeren Umhüllung der Art, die normalerweise ein solches Kabel für Energieverteilung umgeben.
3 zeigt eine Turbogenerator-Anlage, die in bekannter technischer Ausführung aufgebaut ist, bei der ein Generator 100, wie bereits in der Einleitung beschrieben, über eine gemeinsame Welle 101 von einer Gasturbine 102 angetrieben wird. Die Gasturbine wird durch Gas von einer Brennkammer 103 angetrieben, die durch eine Steuervorrichtung 104 gesteuert wird und von einem Kompressor 105 gespeist wird. Der Kompressor 105 sitzt auf derselben Welle 101 wie der Generator 100 und die Gasturbine 102.
Bei der bekannten Turbogenerator-Anlage erzeugt der Generator 100 normalerweise eine Spannung von maximal 25–30 kV. Um ein Hochspannungsverteiler- oder Hochspannungsübertragungsnetz 110 zu speisen, welches normalerweise Spannungen bis 800 kV führt, muss die Ausgangsspannung des bekannten Generators 100 heraufgesetzt werden, wie dies durch den hochtransformierenden Transformator 106 dargestellt ist. Dies erfordert auch die Einschaltung einer Generator-Leistungsschalters 107 zwischen dem Generator 100 und dem aufwärtstransformierenden Transformator 106, zu welchem Generatorschalter mindestens ein Satz von Trennschaltern, Leistungsschaltern und Erdverbindern gehören.
Der Anschluß an das Verteiler- oder Übertragungsnetz 110 erfolgt über zusätzliche Trennschalter und Leistungsschalter und einen Überspannungsschutz, hier gemeinsam mit 108 bezeichnet.
Die Ausgangsspannung des Generators, die im Mittelspannungsbereich von 25–30 kV liegt, wird gewöhnlich auch zu einem abwärts-transformierenden Transformator 109 abgezweigt. Der abwärts-transformierende Transformator 109 versorgt den Generator 100 mit der Erregerspannung über einen Gleichrichter 111, und er ist auch in der Lage, eine niedrige Spannung 112 für andere Zwecke zu erzeugen.
4 zeigt die gleiche Anlage wie 3 jedoch unter Verwendung einer Turbogenerator-Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der Erfindung ist der Generator 200, der dieselbe hohe Spannung (bis etwa 800 kV) erzeugt wie die, für welche das Verteiler- oder Übertragungsnetz 110 bestimmt ist, ist direkt über die Leitung 201 mit dem Verteiler- oder Übertragungsnetz verbunden. Ein aufwärts-transformierender Transformator oder ein Generatorleistungsschalter (106, 107 in 3) ist daher nicht notwendig.
Der in 4 gezeigte abwärts-transformierende Transformator 109 wird von einem getrennten Ausgang der Statorwicklung des Generators 200 gespeist zwecks Bereitstellung der Erregerspannung über die Leitung 202 und den Gleichrichter 111 sowie für andere Zwecke über die Leitung 112.
Wie 5 zeigt, kann auch der abwärts-transformierende Transformator 109 weggelassen werden, wenn ein Generator 200 verwendet wird, der entsprechend der Erfindung aufgebaut ist. Die Statorwicklung des Generators 200 (vergleiche 1) ist somit mit getrennten Ausgängen sowohl für die Erregerspannung über die Leitung 202 und den Gleichrichter 111, als auch für andere Anforderungen über die Leitung 203 versehen.
Bei der Turbogenerator-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung entfallen daher mehrere Transformator- und Leistungsschalter-Einheiten, die früher notwendig waren, was offensichtlich vorteilhaft ist, nicht zuletzt unter den Gesichtspunkten der Kosten und Betriebszuverlässigkeit.
Übersetzung der Texte in den Zeichnungen (geordnet nach Figuren und dann alphabetisch)
6:

grid Netz

Claims

Anlage zur Erzeugung von elektrischer Wirk- und Blindleistung für ein Hochspannungsverteilernetz oder Hochspannungsübertragungsnetz (110) mit mindestens einem elektrischen Generator (200) der über eine welle (101) mit mindestens einer Gas- und/oder Dampfturbine (102) gekoppelt ist, und mindestens eine Wicklung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung mindestens eines der elektrischen Generatoren ein Hochspannungskabel enthält, welches ein festes Isolationssystem aufweist, welches mindestens zwei halbleitende Schichten enthält, wobei jede Schicht im wesentlichen eine Äquipotentialfläche bildet, und auch eine dazwischen liegende feste Isolation, wobei mindestens eine der Schichten im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die feste Isolation hat.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator einen magnetischen Kreis mit einem magnetischen Kern enthält.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfade für den magnetischen Fluß in dem Kern des magnetischen Kreises aus lamelliertem Blech und/oder Gußeisen und/oder Eisen auf Pulverbasis und/oder geschmiedetem Eisen bestehen.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Wicklung aus einem Hochspannungskabel (6) aufgebaut ist, welches einen oder mehrere stromführende Leiter (31) enthält, die zusammen von mindestens zwei halbleitenden Schichten (32,34) und einer zwischen diesen angeordnete Isolationsschicht (33) aus festem Isolationsmaterial umgeben sind.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste halbleitende Schicht (32) im wesentlichen auf dem gleichen Potential wie der/die Leiter (31) liegt.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der äußeren halbleitenden Schichten (34) so angeordnet ist, daß sie im wesentlichen eine den/die Leiter (31) umgebende Äquipotentialfläche bildet.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere halbleitende Schicht (34) an ein gewähltes Potential angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Potential das Erdpotential ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der genannten Schichten im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient haben.
Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stromführende Leiter aus einer Vielzahl von Einzelleitern besteht, von denen nur einige Einzelleiter nicht gegeneinander isoliert sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus einem Kabel mit einem oder mehreren stromführenden Leiter/Leitern (31) aufgebaut ist, wobei jeder Leiter aus einer Anzahl von Einzelleitern (36) besteht, eine innere halbleitende Schicht (32) um alle Leiter (31) gemeinsam angeordnet ist, eine Isolationsschicht (33) aus festem Isolationsmaterial um die genannte innere halbleitende Schicht (32) angeordnet ist und eine äußere halbleitende Schicht (34) um die genannte Isolationsschicht (33) angeordnet ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elektrischer Generator (200) das abgehende elektrische Netz (110) direkt ohne Zwischenschaltung eines Aufwärtstransformators (Einheitstransformator) speist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein elektrischer Generator (200) zur Speisung eines abgehenden elektrischen Netzes (110) vorgesehen ist, welches aus mindestens zwei Teilnetzen besteht, wobei mindestens ein Teilnetz über einen zwischengeschalteten Netztransformator gespeist wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Generatoren enthält, von denen keiner mit einem individuellen Aufwärtstransformator versehen ist, sondern die über einen für die Generatoren gemeinsamen Netztransformator an das Übertragungs- oder Verteilernetz (110) angeschlossen sind.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (9, 51–53) des Stators (1) mindestens eines Generators (100) so beschaffen sind, daß sie an mehr als ein Spannungsniveau angeschlossen werden können.
Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eines der genannten Spannungsniveaus zur Erzeugung von Hilfsleistung dient, die von einer getrennten Wicklung (9) des Generators (200) erzeugt wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Generator (200) über eine Impedanz geerdet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Generator (200) direkt geerdet ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Generators (200) mittels eines strömendes Gases und/oder einer strömenden Flüssigkeit auf Erdpotential gekühlt wird.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungskabel (6) einen Leiterquerschnitt von zwischen 50 und 3000 mm² haben und einen äußeren Durchmesser von zwischen 20 und 250 mm haben.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wicklung (9, 51–52) des Stators (1) mit einer integralen Nutenwicklung ausgeführt ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wicklung (9, 51–52) des Stators (1) mit einer fraktionierten Nutenwicklung ausgeführt ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) mindestens eines Generators zwei oder vier Pole hat.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsniveau über einen Bereich von +/– 20% der Nennspannung steuerbar ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Generators für selbstregelnde Feldsteuerung ausgebildet ist und keine Hilfsmittel zur Steuerung des Feldes hat.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator mindestens eines Generators aus achsial verbindbaren plattenförmigen Abschnitten zusammengesetzt ist, die vorzugsweise als vollständige Abschnitte in Umfangsrichtung ausgebildet sind.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung mindestens eines der elektrischen Generatoren ein Isolationssystem hat, welches hinsichtlich seiner thermischen und elektrischen Eigenschaften ein Spannungsniveau von über 36 kV zuläßt.
Elektrischer Generator (200), der zu Ankopplung an mindestens eine Gas- und/oder Dampfturbine (102) über eine Wellenvorrichtung (101) vorgesehen ist und mindestens eine Wicklung enthält dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung ein Hochspannungskabel enthält, welches ein festes Isolationssystem aufweist, welches aus mindestens zwei halbleitenden Schichten, wobei jede Schicht im wesentlichen eine Äquipotentialfläche bildet, und auch aus einer dazwischen liegenden festen Isolation besteht, wobei mindestens eine der Schichten im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die feste Isolation hat.
Elektrischer Generator nach Anspruch 28, welcher diejenigen Merkmale aufweist, die den Generator eines der Ansprüche 2 bis 27 definieren.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Generators nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklung des Stators am Ort der Anlage, in der der Generator verwendet werden soll, gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator im Herstellungsbetrieb achsial in eine Mehrzahl von plattenförmigen einzelnen Sektionen zerlegt hergestellt wird, wobei jede Sektion vorzugsweise als eine vollständige Sektion in Umfangsrichtung hergestellt wird.