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Eisenlose Drosselspule und Verfahren zu ihrer Herstellung In Hochspannungsnetzen werden ein- oder mehrpha- sige eisenlose Drosselspulen verwendet, um beispielsweise Kurzschlussströme zu begrenzen. Derartige Drosselspulen sind als Kurzschlussbegrenzungsspulen bekannt. Weiterhin werden eisenlose Drosselspulen in Hochspannungsnetzen als sogenannte TFH-Sperren verwendet, d. h. als Wellensperren, um ein Abfliessen der für die Elektrizitätswerks-Telefonie (EW-Telefonie) verwendeten hochfrequenten Ströme zu verhindern.
Sowohl die Kurzschlussbegrenzungsspulen als auch die TFH-Sperren werden von den Strömen der Hochspannungsleitungen durchflossen. Diese eisenlosen Drosselspulen müssen daher den in der Hochspannungsleitung herrschenden Verhältnissen und Beanspruchungen angepasst werden. In Fällen hoher elektrischer Belastung können demzufolge an diesen Drosselspulen sehr hohe Windungsspannungen auftreten.
Es ist bekannt, die Leiter einer solchen eisenlosen Drosselspule mit einem aushärtbaren Kunstharz zu einem einzigen Windungsblock zu verfestigen. Das hat aber den Nachteil, dass Reparaturen ohne. Zerstörung der Kunstharzisolierung nicht möglich sind. Weiterhin ist es bekannt, eine eisenlose Drosselspule aus mit einem aushärt- baren Kunstharz vergossenen Scheiben aufzubauen, die sich über angegossene Rippen gegeneinander abstützen. Auch bei dieser Konstruktion sind Reparaturen schwierig, wenn bei einer Kurzschlussbeanspruchung das als Isolierung und Abstandhalter dienende Harz gerissen oder sogar abgeplatzt ist.
Die Erfindung geht zur Isolierung der in Scheiben oder Lagen angeordneten kunstharzisolierten Leiter einer eisenlosen Drosselspule einen anderen Weg. Gemäss der Erfindung sind die in einer Lage liegenden, spiralförmig angeordneten Leiter mit einer Glimmerkunstharzhül- se isoliert, deren Glimmer mit einem ausgehärteten Kunstharz verklebt ist.
Durch die gleichzeitige Verwendung von Glimmer und Kunstharz kann gegenüber der bekannten Konstruktion, bei der die Leiter allein von einem Kunstharzblock umgeben sind, eine erhebliche Erhöhung der Spannungsfestigkeit erreicht werden, so dass für eine gemäss der Erfindung ausgebildete Drosselspule eine erheblich höhere Windungsspannung erzielt werden kann, als es mit den bekannten Konstruktionen möglich ist. Eine solche Isolierhülse kann ausserdem die bei Kurzschlussbeanspurchungen auftretenden Wärmespiele aufnehmen.
An sich ist die Verwendung von Glimmerkunstharz- hülsen für die Isolierung hochspannungsbeanspruchter Leiter elektrischer Generatoren oder Motoren bekannt. Für eisenlose Drosselspulen, wie sie als Kurzschlussbe- grenzungsspulen oder TFH-Sperren in Hochspannungsnetzen eingesetzt werden, ist eine solche Isolierung bisher nicht vorgesehen worden.
Für die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Isolierung einer eisenlosen Drosselspule ist es also wesentlich, dass durch die Verwendung einer aus Glimmer und Kunstharz aufgebauten Isolierhülse, wenn sie luken- frei ausgeführt ist, erheblich höhere Windungsspannun- gen in Belastungsfällen möglich sind, als es die bisher bekannten Konstruktionen von eisenlosen Drosselspulen erlauben. Wenn die Wandstärke dünn gewählt wird, nimmt die gemäss der Erfindung ausgebildete Isolierung einer eisenlosen Drosselspule die bei Kurzschlussbean- spruchungen auftretenden Wärmespannungen auf. Aus- serdem gewährleistet sich in diesem Falle eine gute Wärmeabfuhr.
Die einzelnen Leiter einer eisenlosen Drosselspule, die innerhalb einer Scheibe bzw. Lage eine Windung bilden, werden zweckmässigerweise aus gegeneinander isolierten Teilleitern aufgebaut. Die Teilleiterisolierung kann hierbei mit einem Kunstharz getränkt sein. Die in einer Scheibe oder Lage angeordneten Leiter werden weiterhin zweckmässigerweise von einer Aussenisolierung umgeben, um die mechanische Festigkeit der in einer Ebene angeordneten Leiter zu erhöhen. Es empfiehlt sich, auch diese Aussenisolierung mit einem aushärtbaren Kunstharz zu -iränken.
Zur Herstellung einer gemäss der Erfindung ausgebil-
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deten Drosselspule werden nach der weiteren Erfindung die zu isolierenden Leiter mit einem Glimmerband umbandelt, das aus auf einem Träger aufgebrachten und mit einem Bindemittel verklebten Glimmer besteht.
Die umbandelten Leiter werden dann mit einem aushärtbaren Tränkharzhärtersystem getränkt, worauf das bei der Imprägnierung in die Isolierhülse, sowie gegebenenfalls in die anschliessenden Teile der Teilleiterisolierung und/oder der Aussenisolierung, eingedrungene Harz ausgehärtet wird. Wesentlich hierbei ist die Verwendung eines aushärtbaren Tränkharzsystems auf der Basis lö- sungsmittelfreier oder beim Härten keine entweichenden Bestandteile abgebenden Kunstharze.
Für die Durchführung des Erfindungsgedankens einen sich daher vor allem Lösungen ungesättigter Polyesterharze in daran anpolymerisierbaren Monomeren, wie z. B. Styrol. Zur Polymerisation dieser Stoffsysteme werden bekanntlich organische Peroxyde verwendet.
Soweit in Durchführung des Erfindungsgedankens dem Band oder auch der Teilleiterisolierung bzw. der Aussenisolierung Beschleuniger zugesetzt werden, müssen diese Beschleuniger auf das verwendete organische Peroxyd abgestimmt sein. Hierfür kommen z. B. gemischt aliphati- sche, aromatische, tertiäre Amine oder sauerstoffübertragene Metallsalze infrage. Beispiele von tertiären alipha- tisch-aromatischen Aminen sind Dimethyl-p-toluidin oder Verbindungen, die diese Gruppe mehrfach im Molekül enthalten, wie z.
B. 4, 4', 4"-Dimethylamino- triphenylcarbinol. Ein Beispiel eines geeigneten Metallsalzes ist Kobaltstearat.
Im Rahmen der Erfindung können aber auch Epo- xydharzhärtergemische mit Säureanhydriden verwendet werden. Bei diesen Verbindungen empfiehlt sich, als Beschleuniger Verbindungen auf der Basis tert. Amine, wie z. B. Dimethylbenzylamin, Triisooctylamin oder Triäthanolamin zu verwenden.
Besonders geeignet sind für die Durchführung des Erfindungsgedankens heisshär- tende Epoxydharzhärtermischungen auf der Basis von bi- oder höherfunktionellen Glycidyläthem, beispielsweise Epoxydverbindungen und Säureanhydriden als Härter.
Bei Verwendung einer solchen Epoxydharzh'ärtermi- schung kann zur Verklebung der Glimmerbänder eine härtefreie Epoxydverbindung wie beispielsweise der Bis- glycidyläther des Diphenylolpropans verwendet werden. Eine weitere als Bindemittel zur Verklebung der Glim- merbänder geeignete härterfreie Epoxydverbindung ist ein Addukt aus 1 Mol eines Phenols, z.
B. eines Phenols, Kresols oder Xylenols, und 1 Mol des Bisglycidyläthers des Diphenylolpropans. Ferner eignet sich als härtefreie Epoxydverbindung zur Verklebung des Glimmerbandes ein Addukt aus 1 Mol der unter dem Handelsnamen Epoxide 2015> bekannten Verbindung (3,4-epoxy-6- methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexan- carboxylat) und 0,3 bis 0,5 Mol einer Dicarbonsäure, wie z.
B. Cishexanhydrophthalsäure. Als Beschleuniger empfiehlt sich in diesem Fall 4,4'-Dimethylaminodiphenyl- methan, das dem Glimmerband beispielsweise in einer Menge von 5 % zugesetzt wird.
Wesentlich bei der Auswahl des zur Verklebung des Glimmerbandes benutzten Bindemittels ist, dass es sich chemisch vollständig in das Tränkharzhärtergemisch einbauen lässt.
Werden also als Tränkharzhärtergemisch auf der Basis von Epoxydharzen mit Säureanhydridhärtern verwendet, so empfiehlt sich, zur Verklebung der Glimmerbänder in an sich bekannter Weise härtefreie Epoxydverbindungen oder Verbindungen zu verwenden, die sich über Carbo- xylgruppen, Hydroxylgruppen oder Sulfhydrilgruppen in das heisshärtende Epoxydtränkharzgemisch einbauen lassen.
Durch die dem Glimmerband gleichfalls zugesetzten Beschleuniger wird erreicht, dass zur Träänkung Harzhär- tersystem mit an sich langen Aushärtzeiten, jedoch niedriger Viskosität, verwendet werden können. Dennoch härtet der in die Isolierhülse eingedrungene Harzanteil in verhältnismässig kurzer Zeit aus.
Bei den eben erwähnten Verfahren zur Herstellung der Wicklungsisolierung einer eisenlosen Drosselspule sind Vakuumimprägnieranlagen zur Tränkung der auf die Leiter der Drosselspule aufgebrachten Isolierhülse mit dem aushärtbaren Kunstharz erforderlich.
Sofern solche Anlagen nicht zur Verfügung stehen, ist es aber auch möglich, eine gemäss der Erfindung ausgebildete eisenlose Drosselspule in der Weise herzustellen, dass die zu isolierenden Leiter der Drosselspule im Nasswickelver- fahren mit einem Glimmerband umbandelt werden, das satt mit einem lösungsmittelfreien bzw. beim Aushärten keine entweichenden Bestandteile abgebenden Kunstharz getränkt ist, worauf anschliessend die Aushärtung des in die Isolierhülse befindlichen Harzes erfolgt.
Zur Erläuterung der Erfindung ist an Hand der Figuren 1 bis 3 das Ausführungsbeispiel einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Kurzschlussbegrenzungsspule in Draufsicht (Figur 1) und längs des Schnittes A-B (Fig. 2) wiedergegeben. Die Figur 3 zeigt einen Schnitt durch eine Scheibenwicklung in vergrössertem Masstab.
Die dargestellte Kurzschlussbegrenzungssperre besteht aus in einzelnen Scheiben angeordneten Leitern 1, die als spiralenförmige Windungen verlaufen. Die Verbindung der in den einzelnen Scheiben angeordneten Leiter 1 erfolgt über die in der Achse der Drosselspule angeordneten überleitungen 2. Zur Stromzuführung dient der Stromanschluss 3.
Die Wicklung einer Scheibe besteht, wie in der Figur 3 dargestellt, aus den vier Kupferleitern 1, die jeweils aus gegeneinander isolierten Teilleitern aufgebaut sind. Zur Teilleiterisolierung dient ein überlappend gewickeltes Glasband.
Jeder Leiter 1 ist von einer Glimmerkunstharzhülse 4 umgeben. Diese Glimmerkunstharzhülse 4 bewirkt, dass eine hohe Spannungsbeanspruchung zwischen den einzelnen Windungen aufgenommen wird. Nach aussen ist die gesamte Wicklung einer Scheibe von der Aussenisolierung 5 umgeben, die sowohl als Schutz gegen mechanische Beschädigungen als auch als Bandage zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit dient. Gegebenenfalls kann diese Decklage durch Einlegen von Glasfasermatten oder durch eine Umwicklung mit Glasgewebe verstärkt werden.
Zur Herstellung der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Drosselspule werden zunächst die einzelnen Teilleiter der Leiter 1 mit Glasband umwickelt, das mit einem Beschleuniger für das spätere Tränkharzgemisch getränkt ist. Anschliessend werden die Leiter 1 mit einem Glim- merband umbandelt, dessen Glimmer auf einem Träger durch ein Bindemittel verklebt ist.
Dieses Bindemittel ist so ausgewählt, dass es sich chemisch vollständig in das spätere Tiänkharz einbauen lässt. Zweckmässigerweise enthält auch dieses Glimmerband einen Beschleuniger für das spätere Tränkharz. Anschliessend werden die Leiter 1 spiralenförmig zur Scheibe aufgewickelt.
Zwischen den einzelnen Windungen entstehende Zwickelräume können gegebenenfalls durch einen Füllstoff ausgefüllt werden. Abschliessend wird die ganze Scheibe mit einem Glas-
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band umbandelt, das ebenfalls mit einem Beschleuniger für das Tränkharz versehen ist.
Die so hergestellte Scheibe wird im Vakuum getrocknet und mit einem Harzhärtersystem getränkt. Anschlies- send wird die Scheibe unter gleichzeitiger Anwendung von Druck und Wärme massgerecht ausgehärtet. Bei der Tränkung dringt Tränkharz auch in die Teilleiterisolie- rung sowie in die Scheibenisolierung ein, so dass auch diese aus Glasband aufgewickelten Isolierungen verfestigt werden.