Verfahren zur Herstellung der Isolation für den Spulenaufban bei elektrischen Vorrichtungen und gemäss diesem Verfahren hergestellte Isolation Die Erfindung-betrifft ein Verfahren zur Verstellung der Isolation für den Spulenauf- bau bei elektrischen Vorrichtungen.
Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, da.ss aus einer wenigstens teilweise gehärteten, mit Sili- conharz imprägnierten Stoffbahn -und einer wenigstens teilweise gehärteten, Silicongltmini enthaltenden Stoffbahn eine isolierende Iso- hitionssehieht von bogenförmigem Querschnitt geformt und diese isolierende Isolationssehieht einer Wärmebehandlung unterzogen wird,
um die Isolation zu härten und dadurch die beiden Stoffbahnen dauernd zu einer Isola tionssehieht mit grosser elektrischen Durch- hrLiehfest.igkeit und mit hoher Wärmebestän- di;;-keit miteinander zu verbinden.
Die Erfindung betrifft auch eine nach c.bigein Verfahren hergestellte Isolation. Die selbe zeichnet sieh dadurch aus, da.ss sie aus der Kombination einer Siliconharz enthalten den. Stoffbahn und einer mit ihr in Berüh rung befindliehen, Silicongummi enthaltenden Stoffbahn besteht, die elektrisch in Reihe ge schaltet sind.
In der beiliegenden Zeichnung sind Aus- führungsbeispiele der Isolation nach der Er findung dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 die Unter- und Oberspannungswick- Innr, die Isolationswände und die Abstand halter eines Troekentransformators mit hoher Betriebstemperatur in teilweise schematischer Draufsicht, Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einem lotrechten Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht eines Teils der Anord nung nach Fig. 1, welcher den Unterspan- nungszuleitungen und der Abschirmvorrich- tung benachbart ist, in einem Schnitt nach der Linie 111-III der Fig. 1, Fig. 4 eine Ansicht einer formbaren Sili- eonliarz-Stoffbahn, Fig. 5 eine Ansicht.
eines aus biegsamem Silicongummi und einer Faserlage bestehen den Materials, Fig. 6 einen Schnitt durch die Isolations wand zwischen Kern und Unterspannungs- wicklung, bestehend aus den siliziumhaltigen Stoffen nach den Fig. 1 und 5 in abwech selnder Schieht und Fig. <B>7</B> eine schematische Stirnansicht auf das Ende eines Transformators während des Aufbaues.
Der Transformator 10 nach den Fig. 1 und 2 zeigt in einer Ausführungsform im ein zelnen die Merkmale nach der Erfindung. Mit 11 ist der übliche lamellierte, in gestriehelten Linien dargestellte Kern von kreuzförmigem Querschnitt bezeichnet. Dieser ist unmittelbar ton einer ihn gegen die Unterspanntmgs- wieklung trennenden Isolierhülle 12 umgeben.
Auf der Aussenseite dieser Hülle 12 sind im Abstand voneinander axial verlaufende Ab standhalter 13 angeordnet, die in ihrer Lage zu den konzentrischen Spulen 1.4 und 15 der schraubenlinienförmig gewiekeltenL'nterspan- iiungswicklung gehalten und mit der Hülle 12 durch ein siliziumhaltiges Klebemittel oder dergleichen verbunden sind. Die Wieklungen der Spulen 14 und 15 bestehen aus Draht, der vor dem Wickeln mit einer aus Cllasgewebe bestehenden mit Silieonharz imprägnierten Bandisolierung umgeben worden ist. In andern Fällen können die Spulenleiter auch mit anderem Material, z.
B. biegsamem Band aus Asbest- oder Glasgewebe, das mit Silicon- harz imprägniert ist, bewickelt sein. Zwischen den Windungslagen 1J und 15 kann eine Isolierung in Form einer zylindrischen Hülle 16 angeordnet sein, die z. B. aus einem Mate rial aus Silicongummilagen, ähnlich dem für die Hülle 12 angewendeten Material besteht.
Eine weitere Reihe von axialen Abstand haltern 17 kann ferner im Abstand vonein ander um die Aussenseite der aus den Spulen 14 Lind 15 bestehenden L"nterspannungswick- lung angeordnet sein. Zwischen den Spulen 14, 15 und der Oberspannungswieklung 19 ist. eine Isolierhülle 1.8 angeordnet, die ganz aus Silieon und einer Fasergrundlage besteht. Die Hülle 18 kann aus der Kombination einer grösseren Zahl von Lagen als die Hülle 12 nach Fig. 6 bestehen.
Die Hülle 18 isoliert die I'nterspannungswieklung gegen die Ober spannungswicklung und mass den hohen Spannungen und Erwärmungen standhalten, welchen diese ausgesetzt sind. Auf der Aussen seite der Hülle 18 ist. eine weitere Reihe von axialen Abstandhaltern 20 von vollem oder H-förmigem Querschnitt in gleichmässigen Ab ständen fest angeordnet. Zwischen den Ab standhaltern 20 angeordnete Abstandhalter 21 weisen eine Form auf, die es ermöglicht, auf den Seiten der Spulen angeordnete Ab standstücke '?? zu verankern und während des Aufbaues zu verschieben.
Die Oberspannungswicklung kann, wie Fig. ? zeigt, aus einer Mehrzahl zweilagiger, waagrecht liegenden Scheibenspulen 23 in lotrechter Übereinanderanordnung bestehen, die durch querverlaufende Leitungsstücke 2-1 elektrisch miteinander verbunden sind. Die radialen Abstandstücke ?? können aus elek trisch und mechanisch widerstandsfähi-em Stoff, wie Porzellan, hergestellt sein.
Die axial verlaufenden Abstandhalter 13, 17 und _0 können aus Isoliermaterial in Form von Stäben mit vollem oder profiliertem Quer schnittbestehen. E swurde beispielsweise gefun den, da.ss aus Cilas- oder Asbestgewebe, die mit siliconharzhaltigen Stoffen imprägniert. sind,
unter Erwärmung Abstandhalter von bemer- kenswert hoher mechanischer und dielektri- seher Festigkeit. geformt werden können. Die Pressringe und Spannstangen, die am Ende auf die Spulen und auf die seitlichen Ab standstücke 22 wirken, sind als allgemein be kannte Bestandteile nicht. dargestellt.
Die ver tikalen Kanäle 25 zwischen den axialen Ab standhaltern 13, die vertikalen Kanäle 26 zwi schen den axialen Abstandhaltern 17, die ver tikalen Kanäle 27 zwischen den axialen Ab standhaltern 20 und 21 und die Querkanäle 28 zwischen den seitlichen Abstandstücken 22 gewähren der umgebenden Kühlflüssigkeit, welcher Art diese auch ist, Zugang zu den Spulen der Wicklungen. Im Falle eines her metiseh geschlossenen Trockentransformators kann Gas, z. B. Stickstoff, zur Füllung des Glasraumes innerhalb des Behälters verwendet werden, in welchem die nach der Erfindung ausgeführte Vorrichtung angeordnet ist.
In den Fig. 4 und 5 ist eine Art. der Her stellung der Isolierhülle nach der Erfindung am Beispiel des Isolationszylinders 18 darge stellt, gemäss welcher auch die Isolierhülle 12 hergestellt werden kann. Jede ganze oder teil weise Hülle des Transformators, von zylindri scher oder bogenförmig gekrümmter Form, kann nach dem Verfahren gemäss der Erfin dung hergestellt werden.
IIiernach sind ein oder mehrere Bogen 29 der formbaren, silicon- harz- Lind faserhaltigen Stoffbahn durch Übereinanderlagerung mit einem oder meh reren Bogen 30 von biegsamem, silieongummi- und faserhaltigem Material vereinigt. Bei Herstellung einer zylindrischen Isolierhülle nach der Erfindung werden beide Materialien beginnend mit der innersten Lage in die ge- wiinschte zylindrische Form gebracht.
Dabei werden die Enden des aus dem formbaren Material hergestellten Zylinders miteinander überlappt und mittels eines siliconhaltigen Klebemittels oder eines geeigneten isolieren den t lewebes von der erforderlichen Festig heit miteinander verbunden, wobei eine aus reie hende Anzahl von Lagen des formbaren Materials übereinander angeordnet werden, damit der notwendige Anteil an der gesamten Isolation erzielt wird.
Danach werden eine oder mehrere Lagen des silicongummi- und faserhaltigen Materials in zylindrischer Form auf den zuerst hergestellten Zylinder aufge bracht und deren äusseres Ende wieder mittels eines Silieonklebemittels oder auf andere Art befestigt. In einzelnen Fällen kann auf einer oder auf beiden Seiten des formbaren Mate rials eine silicongummihaltige Lage befestigt werden, bevor ersteres geformt wird.
Es kön nen aber auch um das silicongummi- und i'aserhaltige Material auf dessen Aussenseite Pine oder mehrere Lagen von formbarem Material aufgewickelt werden. Die Isolierhülle 1 2 kann als voller Zylinder hergestellt wer den, dessen innerste Lage, wie der Querschnitt nach Fig. 6 zeigt, eine Lage der formbaren Stoffbahn 29 bildet, die von zwei Lagen 30 des silieongummi- und faserhaltigen Stoffes iuii-eben ist, auf welche wieder eine einfache Laie 29 der formbaren Stoffbahn aufge bracht ist.
Diese ganze Kombination ergibt eine einzige Isolierhülse, die durch ihre di- e@ < ,kti@isehen und mechanischen Eigenschaften eder bisher erzeugten Isolation in bemerkens werter Weise überlegen ist.
Die p1erstellung einer solchen Isolierhülse kann auf einer der im Transformatorbau ge- bräuchliehen Wickelvorrielltungen erfolgen, wie z. B. aus Fig. 7 ersichtlich, welche die Herstellung eines Isolationszylinders 1.8 zeigt. Hierbei wurde die Isolierhülle 12 bereits auf einer in Richtung des Pfeils umlaufenden Vorrichtung 31 geformt. Wenn erwünscht, kann ein Stahlzylinder als innere, zur Her stellung der Hülle 12 geeignete Form benützt werden. In diesem Falle kann z.
B. ein von der Form lösbares Verbindungsmittel zwi schen der Aussenseite des Formzylinders luid der innern zylindrischen Oberfläche der Hülle 12 angewendet. werden. Bei dem in der Vor- i'iehtLmg 31 nach Fig. 7 im Aufbau befind lichen Transformator sind die axialen Ab standhalter 13 bereits angebracht, ist die Unterspannungswicklung 14, 15 um die Ab standhalter 13 gewickelt, ferner sind auf dieser Wicklung die Abstandhalter 17 in Stel lung gebracht worden, und es erfolgt gerade die Aufwicklung des Streifens 29 aus form harem Material zur Herstellung des Zylinders 18.
Durch eine passende Anzahl von abwech selnd angeordneten Lagen von formbarem, siliconharz- und faserhaltigem und von flexi blem, silicongummihaltigem 1Taterial wird die notwendige mechanische und dielektrische Festigkeit des Isolationszylinders 18 zwischen Unter- und Oberspannungswicklung des Trans formators erzielt. Nach dem Aufwickeln weist der Zylinder 18, wie der Zylinder 12, in seiner ganzen Länge aufeinandergeschiehtete Lagen 29 und 30 auf.
Zweckmässig besitzen die Stoffbahnen 29 und 30 eine Breite, welche gleich der Höhe der Transformatorwicklun- gen zuzüglich der an den axialen Enden des Transformators erforderlichen Länge der Schutzisolation ist.
Die neue Ausführungsweise ermöglicht auch die Erzielung einer bedeutenden Ver besserung der Isolation bei den Ausgangslei tungen, insbesondere der innern Wicklungen, wie der Unterspannungsspule 14. 15 der Fig. 1, 3. Bei den Leitungen 32 der Ober spannungswicklung 19 ergeben sich im allge meinen keine besonderen Schwierigkeiten im Falle einer Ausführungsweise, wie der darge stellten, infolge ihrer Lage an der Aussenseite des Transformators, von wo sie z. B. durch ein Isolierrohr aufwärts geführt werden kön nen, welches wieder aus röhrenförmigem sili- eonhaltigem Material bestehen kann, wie es heute auf dem Markt erhältlich ist.
Anderseits sind die Leitungen 33 im all gemeinen nicht nur an die Enden, sondern auch an Zwischenpunkte der Unterspannungs- wicklung 14,15 angeschlossen und müssen alle diese Leitungen bzw. Anzapfungen aus dem Innern des Transformators herausgeführt. werden. Es können zylindrisch gebogene Iso lierplatten 34 aus abwechselnden Lagen von Stoffbahnen wie 29 und aus silicongiimmihal- tigem Material 30 vorgeformt und im allge meinen während der Herstellung der Wick lungen auf der Wickelvorrichtung 31, wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich, angebracht wer den.
Die der Leitung oder den Leitungen zu gewendete Oberfläche der Isolierplatten 34 ist. vorzugsweise mit einem einen Überzug von siliconhaltigem Gummi aufweisenden Glas oder Asbestgewebe bekleidet.
Die innerste Platte 34 kann hierbei zwi- sehen die obersten Windungen der Spule 1.1 und die an dieser auf der andern Seite der Platte anliegenden Abstandhalter 13 einge schoben und dadurch in ihrer Lage gehalten sein. Wenn anderseits eine Sehutzisolation zwischen den Platten 34 und der obersten Windung der Spulen 14 und 15, wie Fig. 2 zeigt, auf jeder Seite der Leitungen 33 in Richtung des Umfanges angeordnet ist, dann könnten die Platten 34 zwischen dieser Schutz isolation 35 und den axialen Abstandhaltern 13 und 17 gehalten werden. Die.
Höhe der Platten 34 über den Zylindern 12 und 18 ver- hindert bei Potentialunterschieden die Bil dung von Kriechwegen und Kurzschlüssen gegen Teile des Transformators beim Aus gang der Anzapfungen 33.
Formbare Bögen nach Art der Stoffbah nen \?9 mit einer Fasergewebegrundlage aus anorganischem Material, wie in der Hitze ge reinigtem (-,las oder Asbest, sind heute als Handelsartikel erhältlich. Die Fasergrundlage kann z. B. im Falle von Glas teilweise ein Stapelgewebe 36 bilden, das aus kurzen Glas fasern in der Weise wie ein Stapel von aus vegetabilischen Fasern bestehendem Gewebe gewebt ist. Bei dem formbaren Material 29 wird auch vorzugsweise ein Gewebe 37 mit einer Fasergrundlage aus fortlaufenden Glas fäden in übereinanderlagernng zum Gewebe 36 angewendet.
Beide Gewebe 36 und 37 sind mit. einem Siliconharz imprägniert, welches die Zwischenräume des Gewebes ausfüllt und sie völlig bedeckt, wodurch sich nach dem Festwerden die Bögen 29 ergeben. An Stelle einer derartigen I'asergrundlage ist es auch möglich, anorganische Fasern in Form eines verfilzten Gewebes oder von Matten zu ver wenden, die sehr widerstandsfähig gegen Schädigung durch elektrische, mechanische und Wärmeeinwirkungen sind.
Die Siliconharze können von der Art der durch die Dow Corning Corporation,<B>_USA,</B> unter der Markenbezeichnung DC 21d4 oder DC 2105 verkauften Harze sein. Ein sili- ziumhalt.iges Material von für die Verwen dung nach der Erfindung -eeigneter Art ist.
das von der Mica Insulator Company, Sehenee- tadv, New York, unter der lIa.rkenbezeieh- nung F-724 Lainacoicl erzeugte Material.
Bei Herstellung der Stoffbahnen 29 bestehen gewöhnlich 40 bis 60 Gewichtsprozente der selben aus teilweise oder ganz getrocknetem und festgewordenem. Silieonharz. Bei Verwen dung des Materials 29 wird vorzugsweise das Stapelgewebe 36 auf der Innenseite der Bie- ,ung und das aus fortlaufenden Fäden beste hende Gewebe 37 auf der Aussenseite ange ordnet, und zwar im allgemeinen mit der Kette beider Gewebe parallel zur Längsacbse der darauf hergestellten Isolierhülse oder des Isolationszylinders.
Für eine Verwendung gemäss der Erfin dung geeignete Silicongummistoffbahnen, wie der Bogen 30, sind heute ebenfalls als Han delsartikel auf dein -Markt erhältlich. Dieses Material kann aus Gewebe von anorganischen Fasern, wie Glas- oder Asbestfasern, bestellen, die zwecks Entfernuirg organischer Binde stoffe durch Erhitzen gründlich gereinigt sind, wobei das Gewebe den Träger einer sili- eonguminihaltigen Impräfnierungssehieht bil det.
Ein geeignetes siliconhaltiges biegsames Material für solche: Überzüge bildet Silastie , welche Bezeichnung ein Markenname der Dow Corning Corporation, USA, ist, die auch ein für die Bögen 30 geeignetes Silieongummi- material mit Fasergrundlage erzeugt.
Bei Anwendung der neuen Isolation bei Transformatoren oder dergleichen wurde auch als zweckmässig festgestellt., dass die Dielekt.ri- zit.ätskonstanten der gesehiehteten Stoffe, wie '?9 und 30, ungefähr den gleichen Wert von :),> aufweisen. Dadurch scheint das Potential gefälle der in Serie geschalteten Stoffe infolge deren l'bereinanderlagerung verhältnismässig ;,rleiclimässio@ zu sein.
Auch die Durclischlags- festifgkeit der neuen Isolationsart ist im allge meinen gleichmässig und schwache Stellen, die uni laufe des Betriebes zu Durchschlägen führen könnten, sind vermieden. Füllstoffe, wie Titandioxy d oder Zinkoxyd, können bei .
Herstellung des silieongummihaltigen Mate rials verwendet werden, um verhältnismässige (;leiehf < irmi,keit der Dielektrizitä.tskoiistan- ten der beiden je einen Teil bildenden form baren bzw. flexiblen Materialien der zusam- iiie11-esetzten. Isolation zu erzielen.
Uni die entspreehenden Konstanten der beiden ge- sehiehteten Materialien in Einklang mitein- < uider zu bringen, können auch zioeli andere W(-)-o besehritten werden.
Beim Aufbau des Transformators können die formbaren Stoffbahnen bei Krümmungs- durclnnessern von mehr als 254 mm kalt ge- i'ormt werden, wogegen man bisher angenom- nien hat, dass derartiges Material unter Ein- wirkung von Hitze geformt werden müsse.
Es wurde jedoch festgestellt, dass dieses Material nicht nur kalt lueformt werden kann, sondern dass auch Kaltformung bei Material mit einer Dicke von nicht mehr als ungefähr<B>0,8</B> mm keine -Neigung zum Rissigwerden ergibt, be sonders wenn es unter Mitwirkung von Sili- c-ong@uniniiniaterial, wie der Bögen 30, ange wendet wird, die eine Dicke zwischen 0,4 und 0,8 nim besitzen.
In einzelnen Fällen kann das i"ornibare Material bei Anwendung kleinerer Durchmesser oder dickerer Bögen bis auf <B><I>165'</I></B> C während verhältnismässig weniger Minuten, allgemein nicht während mehr als -1 Minuten, erhitzt werden.
Es ergibt sieh, dass die neue zusammen- - esetzte Isolation eine einheitliche Masse bil det, die sieh in idealer Weise zur Herstellung @-on Abstützmaterial für die Wieklun(yen des Transformators eignet und dielektrische Eigenschaften und Stärke zwischen versehie- denen Teilen des Transformators bei versehie- denen Potentialen aufweist, infolge welcher der Transformator frei von den Schwächen früherer Transformatoren ist.
Von den in der angegebenen )NTeise ange wendeten Materialien 29 und 30 kann das formbare Material teilweise oder ganz gehär tet werden, wogegen das Silicongummimate- rial mit. Fasergrundlage im allgemeinen in teilweise gehärtetem Zustand verwendet wird. Das Härten der Isolation nach Vollendung des Wieklungsbaues kann bei einer Tempera tur von ungefähr 250 C durchgeführt wer den. Vor dem Härten kann der Wicldungsauf- hau in einen siliconhaltigen Firnis getaucht werden, um z.
B. die mechanische Bindung der Wieklungen des Transformators zu ver stärken. Ein Vorteil eines solchen Firnisses besteht darin, dass sein hoher Glanz die Mög- liehkeit des Festsetzens von Staub und Schmutz vermindert, wodurch Kriechwege ge bildet werden könnten. Einen andern Vorteil des Firnisses bildet seine hohe Widerstands fähigkeit gegen das Auftreten von Rissen. Daher kann jedweder verwendete Formzylin der, wenn nicht früher, vor der Fertigstel lung und Leistungsprüfung des gesamten Transformators oder dergleichen abgenommen werden.
Das Studiiun der Vorteile der neuen zu sammengesetzten Isolation bei Transformato ren führt zu der Erfahrung, dass die abweeh- selnd geschichteten Stoffe im Laufe des Be triebes einander in auffallender und unge wöhnlicher Weise ergänzen. So ergibt sich, dass das Silicongummimaterial mit. Faser grundlage zumindest das das Altern des Sili- conharzmaterials mit Fasergrundlage verzö gert und eine Verminderung jeder Neigung desselben zum Rissigwerden oder zu Bruch bewirkt, mit welcher andernfalls gerechnet werden musste.
Ausserdem scheinen die Wärmeleitungseigenschaften des Silicon- gummimaterials jenen eines formbaren Sili- eonmateriäls, wie des beschriebenen, überlegen zu sein, was zur Folge hat, dass der Nachteil der thermischen Verzögerung des einen Ma terials, wie der Stoffbahn 29, durch die Wärmeleitfähigkeit von Material, wie jenem der Stoffbahn 30, wesentlich vermindert, wenn nicht aufgehoben wird.
Die Transfor matoren können daher widerstandsfähig her gestellt und, ohne Schaden zu nehmen, mit höheren Belastungen und/oder während län gerer Zeit, wie im Falle veränderlicher Last perioden oder Belastungsanforderungen, be trieben werden.
Die vor einigen Jahren für die Isolation von Transformatoren der betrachteten Klasse als an der heissesten Stelle höchst zulässig festgesetzte Temperatur von 180 C kann bei der Ausführungsweise nach der Erfindung ohne jede feststellbare Schädigung wesentlich überschritten werden. Andere Isolationsmate rialien, die für andere Teile des Transforma tors als die beschriebenen verwendet werden, müssen naturgemäss die der beabsichtigten Verwendung entsprechenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften besitzen.
Die Ausführungsweise nach der Erfindung ist nicht nur bei Trockentransformatoren, son- (lern auch bei flüssigkeitsgekühlten oder der- Oeichen Transformatoren sowie bei v entil- lierten Transformatoren sowie solchen mit Hermetisch geschlossenem Behälter anwend bar.