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Spule für Trockentransformatoren
Spulen für Trockentransformatoren, insbesondere Verteilertransformatoren mit Selbstkühlung, die mit dünnflüssigem, heiss härtendem Giessharz imprägniert sind und eine dickwandige Umhüllung, die ebenfalls giessharzhältig ist, aufweisen, sind bereits bekannt. Dünnflüssiges, heiss härtendes Giessharz ist für die Imprägnierung von Transformatorspulen besonders gut geeignet, da es leicht in die Spule eindringt und die Zwischenräume zwischen den Wicklungsdrähten ausfüllt, so dass die Spule nach der Aushärtung mechanisch gut verfestigt ist. Das verwendete Giessharz besitzt nun aber relativ schlechte Wärmeleiteigenschaften, einen grösseren Temperaturausdehnungskoeffizienten, grossen Härteschwund und ist überdies verhältnismässig teuer.
Aus diesen Gründen wird für die Umhüllung der Spule, die als mechanischer Schutz dient, den Grossteil der bei Kurzschluss auftretenden Axialkräfte aufnehmen und überdies das Eindringen von Feuchtigkeit ins Innere der Spule verhindern soll, nicht reines Giessharz, sondern ein gefülltes Giessharz verwendet. Die Umhüllung kann z. B. aus einer Mischung aus hundert Gewichtsteilen heiss härtendem Giessharz, etwa zweihundert Gewichtsteilen Quarzmehl und einem entsprechenden Härter hergestellt werden. Die Herstellung erfolgt im Giessverfahren, wobei die zunächst imprägnierte Spule in einer Giessform fixiert und dann die Giessform mit dem gefüllten Giessharz für die Umhüllung ausgefüllt wird, so dass in der Spule und in der Umhüllung keine Hohlräume freibleiben. Die Ausleitungen der Spule werden durch dieUmhüllung herausgeführt.
Aus mechanischen Gründen-insbesondere zur Aufnahme der axialen Kurzschlusskräfte - ist eine relativ grosse Wandstärke für die Umhüllung erforderlich, da auch gefülltes Giessharz eine nur relativ geringe Zugfestigkeit besitzt. Zufolge der grossen Wandstärke stellt die Umhüllung in der bisherigen Ausführung einen beträchtlichen Wärmewiderstand dar, aus welchem Grund bisher Trockentransformatoren, die mit Spulen der genannten Art ausgestattet sind, nur für relativ kleine Leistungen bis etwa 70 kVA gebaut werden können, da bei höheren Leistungen die Verlustwärme der Spulen nicht ausreichend abgeführt werden könnte.
Die Herstellung der Umhüllung in der bisherigen Form ist äusserst aufwendig, da für Transformatoren mit verschiedener Spannung, Leistung und Kurzschlussspannung jeweils entsprechend den abweichenden Spulenformen und den abweichenden erforderlichen Wandstärken der Umhüllung eigene Giessformen zur Verfügung stehen müssen, die überdies jeweils über lange Zeiträume hinweg von einer einzigen Spule für deren Giess- und Aushärtungsvorgang blockiert werden, weshalb bei der Serienfertigung von Spulen gleicher Abmessungen auch eine grosse Anzahl gleicher Giessformen erforderlich wird. Aus allen diesen Gründen ergeben sich hohe Kosten der Spulenherstellung, so dass die Verwendung derartiger Spulen vielfach unwirtschaftlich ist.
Bei im Vergleich zu Transformatorspulen kleinen, für verhältnismässig kleine Leistungen und niedrige Spannungen ausgelegten Feldspulen für Gleichstrommaschinen ist es bereits bekannt, die Wicklung auf einem Wickelzylinder aus einer Kombination von imprägnierten Glasseidenbändern mit und ohne Glimmerauflage zwischen gegenüber dem Wickelzylinder flanschartig vorspringenden Endscheiben anzuordnen, die Wicklung selbst mit Kunstharz z. B. Epoxyharz zu imprägnieren und für diese Wicklung eine Mantelumhüllung aus harzimprägnierten, überlappt gewickelten Glasseidenbändern vorzusehen, um auf diese Weise einen mechanischen Schutz der Spulenaussenseite zu erzielen. Durch diese Ausführung wird keine flüssigkeitsdichte Umhüllung, sondern lediglich ein mechanischer Schutz erzielt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spule für Trockentransformatoren in dem Sinn zu verbessern, dass
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die Herstellung der Umhüllung bei gegenüber den bekannten Spulen gleicher oder erhöhter mechanischer Festigkeit vereinfacht, das Wärmeableitvermögen verbessert und trotzdem eine flüssigkeitsdichte Umhüllung erzielt wird, wobei eine wesentlich wirtschaftlichere Fertigungsweise als bisher durch Wegfall der Giessform möglich sein soll.
Ausgehend von einer Spule für Trockentransformatoren, insbesondere Verteilertransformatoren mit Selbstkühlung, die mit dünnflüssigem, heiss härtendem Giessharz imprägniert ist und unter Verwendung einer Mantelumhüllung aus einer mit Giessharz imprägnierten und unter starkem Zug ein-oder mehrlagig um die imprägnierte Spule gewickelten Bandage, besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass das die Bandage bildende Band durchgehend mit zur Spulenachse etwa paralleler Breitseite gewickelt ist, und an den Stirnseiten der Spule eine Vielzahl von Bandlagen übereinander, im Mantelbereich aber die einzelnen Bandlagen in an sich bekannter Weise gegebenenfalls unter Überlappung ihrer Ränder nebeneinander zu liegen kommen, so dass sie eine flüssigkeitsdichte Hülle bilden.
Die Umhüllung kann mit Hilfe einfacher Vorrichtungen an der Spule angebracht werden, und stellt nach der Aushärtung des Giessharzes, mit dem das Band imprägniert ist, eine zwar dünne, also gut wärmeabführende, aber dabei mechanisch sehr feste Schicht dar, die einen flüssigkeitsdichten Abschluss des Spuleninnenraumes gewährleistet. Demnach ersetzt die erfindungsgemässe Bandagenumhüllung die bisher übliche Giessform. Die Ausleitungen der Spule können durch Umwickeln mit dem Bandagenband leicht abgedichtet aus der Umhüllung herausgeführt werden.
Die Herstellung der Spule erfolgt in der Weise, dass zunächst die fertig gewickelte Spule mit heiss härtendem Giessharz in warmem Zustand zwischen etwa 60 und 1200 C vorzugsweise unter Vakuum imprägniert wird. Bei dieser Temperatur ist das Giessharz sehr dünnflüssig und dringt daher leicht in das Spuleninnere ein. Nach dem Erkalten ist das Giessharz so dickflüssig, dass es nicht mehr aus der Spule auszufliessen vermag, so dass die Spule aus dem Tränkbehälter genommen werden kann. Würde man die Spule in diesem Zustand wieder erwärmen, dann würde das Giessharz zunächst wieder dünnflüssig werden und könnte unter dem Einfluss der Schwerkraft ausfliessen. Erfindungsgemäss wird nun aber auf die kalte, getränkte Spule das imprägnierte Bandagenband gewickelt.
Nach Fertigstellung härtet die Bandage rasch aus und bildet eine flüssigkeitsdichte Umhüllung, so dass das Tränkharz nicht mehr ausfliessen kann und anschliessend jede Hohlraumbildung verhindert ist.
Es empfiehlt sich, das Bandagenband mit einem Giessharz zu imprägnieren, dessen Härtetemperatur tiefer liegt und dessen Härtezeit kürzer ist als die Härtetemperatur und die Härtezeit des zur Imprägnierung der Wicklung verwendeten Giessharzes. Zur Imprägnierung des Bandes kann beispielsweise ein kalt härtendes oder bei Temperaturen zwischen 50 und 1000 C rasch härtendes Giessharz Verwendung finden, so dass die Bandage bei äusserer Wärmezufuhr rasch aushärtet, bevor noch das zur Tränkung der Spule verwendete Giessharz unter dem Einfluss der Härtetemperatur zunächst dünnflüssig wird. Das Bandagenband kann aus einem üblichen Gewebeband bestehen. Eine besonders hohe Festigkeit für die Umhüllung lässt sich jedoch erzielen, wenn als Bandagenband ein Glasfaserband verwendet wird, das im wesentlichen nur parallele Kettenfäden aufweist.
Die Zugfestigkeit eines derartigen Bandes, das mit Kunstharz imprägniert wird, beträgt nach der Aushärtung 110 kp/mmz, entspricht also in diesem Festigkeitswert hochwertigem Stahl. Wegen der möglichen dünnen Ausbildung der Umhüllung ergibt sich eine gute Wärmeableitung, so dass erfindungsgemässe Spulen in wirtschaftlicher Weise auch für grössere Transformatoren Verwendung finden können.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemässe Spule im Teilschnitt veranschaulicht.
Auf einem Tragzylinder 1 aus Isoliermaterial sind mehrere voneinander durch Isolierschichten 2 getrennte Wicklungslagen 3 angebracht. Für die Wicklung 3 sind ferner Ausleitungen 4, 5 vorgesehen. Die Spule ist mit ungefülltem Giessharz 6 imprägniert. Als Umhüllung dient eine Bandage aus mit Giessharz imprägniertem Glasfaserband 7, welches Band 7 im Bereich der Stirnfläche unter Bildung einer Vielzahl von Bandlagen übereinander im übrigen Spulenbereich aber überlappt gewickelt ist. Die Ausleitungen 4, 5 können sowohl an der Stirnfläche als auch im Mantelbereich der Spule vorgesehen werden und werden durch die Bandage unverrückbar in der vorgewählten Lage festgehalten.
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