CZ297435B6 - Kabel s transponovanými vodici pro vinutí elektrických stroju, zpusob jeho výroby a zpusob výroby vinutí z tohoto kabelu - Google Patents

Abstract

Kabel s transponovanými vodici pro vinutí elektrických stroju obsahuje jádro (2) sestávající z víceelektrických vodicu, které mají zplostelý prurez (3), jsou ulozené v nejméne dvou vedle sebe lezících sloupcích (4a, 4b) a jsou vzájemne mezi sloupci(4a, 4b) po délce kabelu jednotlive sekvencne transponovány z jednoho ze sloupcu (4a, 4b) do druhého, a ovíjecí prostredek (6) ulozený okolo jádra (2), pro drzení uvedených vodicu (3) pohromade k zajistení strukturální stabilizace kabelu (1). Ovíjecí prostredek (6) obsahuje nejméne jeden nitovitý prvek (6a, 6b), který je sroubovicovite ovinut okolo jádra (2) ve forme závitu, pricemz závity v podstate nemají body vzájemného provázání. Resení se rovnez týká zpusobu výroby kabelu s transponovanýmivodici, jakoz i zpusobu vytvárení elektrického vinutí z kabelu (1) s transponovanými vodici, který dále obsahuje nejméne jeden roztrzitelný pásek (7), sroubovicovite ovinutý okolo jádra (2). Tento roztrzitelný pásek je mozno pretrhnout pomocí trhacíniti (8), která je podélne vlozena mezi roztrzitelný pásek (7) a nitové prvky (6a, 6b). Trhací nit (8) se pouzívá pro odstranení roztrzitelného pásku(7), kdyz je kabel navíjen okolo jádra vytváreného elektrického vinutí (23).

Description

Kabel s transponovanými vodiči pro vinutí elektrických strojů, způsob jeho výroby a způsob výroby vinutí z tohoto kabelu

Oblast techniky

Tento vynález se týká kabelu s transponovanými vodiči pro vinutí elektrických strojů, který obsahuje jádro sestávající z více elektrických vodičů, které mají zploštělý průřez, jsou uložené v nejméně dvou vedle sebe ležících sloupcích a jsou vzájemně mezi sloupci po délce kabelu jednotlivě sekvenčně transponovány z jednoho ze sloupců do druhého, a ovíjecí prostředek uložený okolo jádra, pro držení uvedených vodičů pohromadě k zajištění strukturální stabilizace kabelu.

Vynález se také týká způsobu výroby takového kabelu s transponovanými vodiči.

Dále se vynález týká způsobu výroby elektrických vinutí s použitím uvedeného kabelu.

Konkrétněji se vynález týká kabelů s transponovanými vodiči, pro použití v nízkonapěťových elektrických vinutí transformátorů, nebo obecněji pro vytváření vinutí elektrických strojů, která jsou vystavena proudům s velkou intenzitou, ale relativně malým napětím, takže pro uložení do vinutí není zapotřebí velká elektrická izolace mezi závity tvořícími samotné vinutí.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že kabely s transponovanými vodiči (transposed cables, „transponované kabely“ dále: kabely s transponovanými vodiči), které se obvykle používají při výrobě elektrických vinutí v transformátorech apod., v podstatě obsahují jádro, které sestává z více vodičů s v podstatě obdélníkovým průřezem, které se obvykle označují jako „zploštělé dráty“, vyráběných v současnosti z mědi, a povlečených jednou či více vrstvami elektricky izolačního laku. Tyto zploštělé dráty jsou umístěny na sobě tak, že vytvářejí dvě vedle sebe ležící sady na sobě navrstvených vodičů (stacks; „navrstvené sloupcové sady“ - dále v celém textu: sloupce). Ve směru délky kabelu je každý zploštělý drát veden po lehce šikmé dráze tak, aby postupně zaujímal všechny polohy mezi základnou a vrcholem sloupce, do kterého patří. V blízkosti vrcholu nebo základny příslušných sloupců je každý zploštělý kabel odkloněn na sousední sloupec tak, aby postupně zaujal všechny polohy mezi základnou a vrcholem druhého sloupce. Následkem toho každý zploštělý drát zaujme v podélném směru všechny polohy uvnitř příslušné části tohoto kabelu.

Sekvenční transponování zploštělých drátů výše popsaným způsobem dává celému kabelu uspokojivou strukturální ohebnost, přičemž jednotlivé kabely mohou po sobě podélně klouzat, aby se tak po navinutí kabelu na jádro elektrického stroje mohly kompenzovat rozdíly poloměrů vinutí zploštělých drátů ležících nejblíže a nejdále od osy jádra.

Vzájemné klouzání zploštělých drátů však musí být vhodně drženo a kontrolováno, aby se zabezpečila dostatečná strukturální stabilita.

Toto držení pohromadě se provádí obalovacím prostředkem, obvykle sestávajícím z jednoho nebo více papírových pásků, které se šroubovicovitě ovíjejí okolo samotného jádra a vytvoří se tak částečně se překrývající závity. Jeden příklad takového ovíjení papírovým páskem je popsán v patentu US 4 431 860.

Ve stavu techniky jsou známá různá alternativní provedení, která nespočívají v použití papírových pásků jako obalujícího prostředku.

Například v patentu US 4 276 102 se provádí obalování kabelu páskou, která se teplem smršťuje, a která je buď uložena na obvyklém papírovém krytu a nebo tento kryt nahrazuje. Poté, co se kabel navine na jádro, aby se tak vytvořilo vinutí transformátoru, se samotné vinutí vystaví teplu, které způsobí, že se opláštění smrští a stáhne jednotlivé zploštělé dráty a tím se struktura kabelu navinutá na jádru vinutí zhustí a stává se kompaktní.

Podle patentu US 4 639 282 se dosáhne elektrické izolace povrchů elektrických součástí transformátoru, včetně vodičů použitých ve vinutí, jejich obalením páskou z ohebného a pórovitého materiálu. Materiál může sestávat z vláken z bavlny, skleněných vláken, dřevěných či jiných celulózových či plastových vláken, která mohou být pletena či tkána na stavu, ale může být také vytvořen jako netkaný plstěný materiál, např. pórovitý papír.

Aby se dosáhlo dostatečné propustnosti oleje či jiných tekutin obalující vrstvou spolu s dostatečným stupněm elektrické izolace a dobrého rozptylu tepla, má obalový materiál póiy o velikosti 0,2 až 10 mm², přičemž plocha, kterou póry zaujímají, je od 20 do 80 % celkové plochy povrchu obalového materiálu.

Mezinárodní patentová přihláška WO 95/30991 popisuje kabel s transponovanými vodiči, jehož jádro je kryto páskem, který je vyroben z izolačního materiálu, spirálovitě ovinutého v částečně překrývajících se závitech, přičemž tyto pásky mají síťovou strukturu s lemem, s šířkou oka alespoň dvou mm², přičemž nitě osnovy a/nebo útku jsou vyrobeny ze skleněných vláken, polyesterových vláken nebo směsové nitě ze skleněných a polyesterových vláken.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu bylo zjištěno, že pro výrobu kabelu s transponovanými vodiči může být prostředek obalující jádro výhodně vytvořen jako ovíjecí prostředek sestávající z jednoho nebo více šroubicovitě vinutých vláknových nebo niťových prvků (dále krátce: niťovitých prvků), které jsou navinuty stejným směrem a nebo opačným směrem, ale v nejsou vzájemně provázány.

Předmětem vynálezu je konkrétně kabel s transponovanými vodiči pro vinutí elektrických strojů, který obsahuje jádro sestávající z více elektrických vodičů, které mají zploštělý průřez, jsou uložené v nejméně dvou vedle sebe ležících sloupcích a jsou vzájemně mezi sloupci po délce kabelu jednotlivě sekvenčně transponovány zjednoho ze sloupců do druhého, a ovíjecí prostředek uložený okolo jádra, pro držení uvedených vodičů pohromadě k zajištění strukturální stabilizace kabelu, přičemž podle vynálezu ovíjecí prostředek obsahuje nejméně jeden niťovitý prvek, který je šroubovicovitě ovinut okolo jádra ve formě závitů, přičemž závity v podstatě nemají body vzájemného provázání.

Podle konkrétních požadavků může ovíjecí prostředek sestávat zjednoho šroubovicovitě vinutého niťovitého prvku, nebo z nejméně dvou niťovitých prvků, které jsou šroubovicovitě vinuté ve vzájemně opačných směrech. Ovíjecí prostředek může také sestávat z nejméně dvou niťovitých prvků, které jsou navzájem souběžné a jsou vinuty v sekvenčně prostřídaných závitech.

Niťovitý prvek („vláknový nebo niťový prvek“, označovaný zde krátce názvem „niťovitý prvek“) může mít různé formy, jak vyplývá z následujících příkladných provedení. Obecný, zde používaný souhrnný pojem „niťovitý prvek“ zahrnuje jak nit, tak jednotlivé vlákno neboli monofilament a je třeba mu takto rozumět, tj. že termín „niťovitý prvek“ není omezen na nit z více vláken a zahrnuje také jednovláknové provedení. Může mít různé složení a také různý průřezový tvar a vlastnosti, jak vyplývá zejména z následujících příkladných provedení.

Podle jednoho provedení vynálezu niťovité prvky obsahují polyesterovou nit nebo jsou tvořeny polyesterovými nitěmi. Nit má s výhodou délkovou hmotnost od 1000 do 3000 dtex.

-2CZ 297435 B6

Podle dalšího znaku vynálezu má niťovitý prvek průměr od 0,1 až 0,8 mm.

Podle výhodného provedení vynálezu je niťovitý prvek jedno nekonečné vlákno z polyesteru, umělého hedvábí (rayonu), polypropylenu. PPS (polyfenylensulfidu), PCDA (polycyklohexandimethylentereftalátu).

Podle dalšího provedení vynálezu má niťovitý prvek zploštělý průřez s šířkou od 0,3 do 0,6 mm.

Podle dalšího znaku vynálezu má niťovitý prvek pevnost v tahu od 50 do 250 N.

Dalším znakem vynálezu je, že niťovitý prvek má s výhodou tažnost v přetržení od 5 do 20 %.

Podle dalšího znaku vynálezu je niťovitý prvek vinutý s napětím napínací silou od 5 do 25 N.

Podle výhodného provedení vynálezu je niťovitý prvek vinutý se stoupáním mezi 0,5 násobkem a trojnásobkem šířky kabelu. Závity, tvořené niťovitým prvkem nebo niťovitými prvky na jádru mají s výhodou ve směru kolmém na niťovité prvky vzájemnou vzdálenost rovnou stoupání závitu vydělenému počtem niťovitých prvků.

Podle dalšího provedení vynálezu mají závity, tvořené niťovitými prvky na jádru, ve směru kolmém na niťovité prvky vzájemnou vzdálenost rovnou alespoň šestinásobku velikosti niťovitých prvků, měřenou ve stejném směru.

Kabel může s výhodou dále obsahovat nejméně jeden roztržitelný pásek, kterýje šroubovicovitě ovinut okolo vodičů kabelu a uvedeného nejméně jednoho niťovitého prvku. Tento roztržitelný pásek je s výhodou vyroben z papírového materiálu. Kabel přitom také může dále obsahovat nejméně jednu trhací niť, uloženou podélně s kabelem mezi roztržitelným páskem a uvedeným nejméně jedním niťovitým prvkem, přičemž trhací niť je uložena tak, aby se mohla z kabelu vytáhnout, s vyvoláním přetržení a sejmutí roztržitelného pásku.

Pojem trhací „nit“ je podobně jako u niťovitého prvku tvořícího ovíjecí prostředek míněn rovněž obecně, a rozumí se jím ve smyslu anglického termínu „thread“ jak jedno vlákno, tak i textilní soubor z více vláken, jak bude zřejmé odborníkovi.

Kabel podle vynálezu může kromě roztržitelného pásku a trhací nitě dále obsahovat nejméně jeden adhezivní pásek, který je při uložení podélně po délce kabelu přiložen zevně k roztržitelnému pásku, aby držel závity spojené dohromady, když je pásek přetrháván a snímán z kabelu.

Vynález dále přináší způsob výroby kabelu s transponovanými vodiči, pro použití k vytváření vinutí elektrických strojů, který obsahuje následující kroky: vytvoření jádra z elektrických vodičů zploštělého průřezu, které jsou uloženy v alespoň dvou vedle sebe ležících sloupcích a jsou vzájemně mezi sloupci po délce kabelu jednotlivě sekvenčně transponovány z jednoho ze sloupců do druhého, a ovíjení uvedeného jádra ovíjecím prostředkem, který se ukládá okolo jádra, aby se získala strukturální stabilizace jádra, přičemž podle vynálezu se krok ovíjení provádí šroubovicovitým vinutím jednoho nebo více niťovitých prvků (vláken nebo nití - dále: niťovitých prvků) okolo jádra, v podstatě bez bodů vzájemného provázání mezi závity niťovitých prvků.

Podle dalšího znaku způsobu podle vynálezu se krok ovíjení provádí šroubovicovitým vinutím nejméně dvou souvislých niťovitých prvků, vinutých v navzájem opačných směrech, nebo šroubovicovitým vinutím nejméně dvou souvislých niťovitých prvků, které jsou uloženy souběžně.

Během šroubovicovitého ovíjení se s výhodou působí na každý niťovitý prvek silou od 5 do 25 N.

-3CZ 297435 B6

Podle jednoho provedení způsobu podle vynálezu je ovíjení uvedeným jedním nebo více niťovitými prvky prováděno tak, že závity jsou od sebe vzdáleny o stejnou vzdálenost, která je rovna hodnotě rovné podílu stoupání a počtu niťovitých prvků.

Způsob podle vynálezu může s výhodou dále obsahovat krok šroubovicovitého ovíjení nejméně jednoho roztržitelného pásku okolo jádra nesoucího uvedený nejméně jeden niťovitý prvek. Dále způsob může obsahovat krok vkládání nejméně jedné trhací nitě, probíhající podél kabelu, mezi uvedený nejméně jeden roztržitelný pásek a jádro nesoucí uvedený nejméně jeden niťovitý prvek. Vkládání uvedené trhací nitě se s výhodou provádí jejím tažením pomocí kabelu, který se pohybuje kupředu k ovíjecí stanici, která je vhodně uspořádána pro vinutí roztržitelného pásku.

Kromě ovíjení roztržitelného pásku a vkládání trhací nitě může způsob podle vynálezu dále obsahovat krok uložení nejméně jednoho adhezivního pásku vně roztržitelného pásku navinutého okolo kabelu.

Vynález dále přináší způsob vytváření elektrického vinutí z kabelu s transponovanými vodiči, obsahujícího jádro vytvořené z více elektrických vodičů zploštělého průřezu, které jsou uloženy v alespoň dvou vedle sebe ležících sloupcích a jsou vzájemně mezi sloupci pod délce kabelu jednotlivě sekvenčně transponovány z jednoho ze sloupců do druhého, a dále obsahujícího nejméně jeden roztržitelný pásek, šroubovicovitě ovinutý okolo jádra, přičemž podle vynálezu se během navíjení kabelu na příslušné jádro vinutí provádí odstraňování roztržitelného pásku tím, že se bočně vytahuje nejméně jedna trhací niť, uložená podél kabelu mezi roztržitelným páskem a jádrem.

S výhodou se za trhací niť pro roztrhování roztržitelného pásku táhne v úseku kabelu ležícím mezi jádrem vinutí a brzdícím prostředkem, který působící na kabel, aby se požadovaným způsobem napínal.

Další vlastnosti a výhody budou patrnější z detailního popisu výhodných, ale neomezujících provedení kabelu s transponovanými vodiči, obzvláště pro výrobu vinutí v elektrických strojích, stejně jako i provedení způsobu výroby kabelu a způsob vytváření vinutí z tohoto kabelu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení, neomezujících jeho rozsah, s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 perspektivní pohled na kabel s transponovanými vodiči podle vynálezu, kde byl pomocný papírový obal částečně odejmut, obr. 2 schéma výrobní linky na výrobu kabelu podle obr. 1, a obr. 3 pohled shora na krok navíjení kabelu s transponovanými vodiči podle vynálezu se současným snímáním pomocného papírového obalu, za účelem vytváření vinutí elektrického stroje.

Příklady provedení vynálezu

Ve výkresech je kabel s transponovanými vodiči, zejména pro vinutí v elektrických strojích, a vytvořený podle vynálezu, obecně označen jako kabel L

Kabel 1 s transponovanými vodiči má jádro 2, které obsahuje několik zploštělých drátů 3, tj.

vodičů vyrobených z mědi nebo jiného vhodného elektricky vodivého materiálu, které mají v podstatě obdélníkový průřez a jsou jednotlivě povlečeny elektricky izolačním lakem, což není na obrázcích znázorněno.

-4CZ 297435 B6

Jakje znázorněno na obr. 1, jsou zploštělé dráty uloženy na sobě v prvním a druhém sloupci 4a, resp. 4b, které leží vedle sebe, přičemž sloupce mohou být proložené oddělovací vložkou 5, která je zhotovena z papíru nebo jiného vhodného materiálu.

Každý zploštělý drát 3 leží v podstatě v rovině kolmé k oddělovací rovině mezi oběma sloupci 4a a 4b a sleduje mírně šikmou dráhu, aby postupně zaujal po délce kabelu 1 všechna místa uvnitř příslušných sloupců 4a a 4b. Na jednom konci příslušného sloupce (například prvního sloupce 4a) je dráha každého plochého drátu 3 odkloněna na sousední sloupec 4b v délce 3a transponování, která protíná oddělovací rovinu mezi sloupci 4a a 4b.

V délce kabelu probíhá zploštělý drát 3, který je transponovaný z prvního sloupce 4a do druhého sloupce 4b, šikmo až do dosažení opačného konce tohoto nového sloupce 4b, aby byl poté znovu převeden na sousední sloupec 4a.

Kabel 1 dále obsahuje ovíjecí prostředek 6, uložený okolo jádra 2, který drží zploštělé dráty 3 tak, aby se získala určitá strukturální stabilizace kabelu 1 a aby se předešlo nežádoucím pohybům zploštělých drátů 3 v radiálním směru vzhledem ke geometrické ose „X“ kabelu.

Tento ovíjecí prostředek 6 obsahuje jeden nebo více niťovitých prvků 6a, 6b, které jsou šroubovicovitě ovinuty okolo jádra 2.

Ve výhodném provedení je každý niťovitý prvek 6a a 6b tvořen jedním vláknem vyrobeným z polyesteru, chemickým vláknem na bázi celulózy, polypropylénu. PPS (polyfenylensulfid), PCDA (polycyklohexandimethylentereftalát) s průměrem od 0,1 do 0,8 mm a nejvýhodněji od 0,3 do 0,6 mm.

Mohou být také použity mikropásky, jako niťovité prvky s plochým průřezem a ekvivalentní pevností s šířkou mezi 0,2 a 1 mm, které jsou vyrobeny z výše uvedených materiálů, například mohou být použity mikropásky z polyesteru, polypropylenu, PPS, PCDA, které mají průřez od 0,2 mm x 0,4 mm až do 0,4 mm x 0,6 mm v závislosti na požadovaných pevnostech.

Byly úspěšně testovány další materiály, které umožňují dobré držení zploštělých drátů 3, například polyesterová nit o délkové hmotnosti od 1000 do 3000 dtex.

Je také výhodné, aby niťovité prvky 6a a 6b měly pevnost v tahu od 50 do 250 Newtonů a tažnost v přetržení mezi 5 a 20 %.

Počet niťovitých prvků 6a a 6b, které se použijí, se může v závislosti na požadavcích různit, a v zásadě platí, že čím větší je počet zploštělých drátů 3, které tvoří jádro 2, tím větší je počet těchto niťovitých prvků.

Pokud je například počet zploštělých drátů menší nebo roven 31, může být použit jeden niťovitý prvek 6a, který je vinut se stoupáním od 0,5 do 3 násobku šířky kabelu, aby se získalo dostatečné držení zploštělých drátů 3. Pro lepší držení mohou být s výhodou použity dva niťovité prvky 6a, 6b. Tyto niťovité prvky mohou být uloženy vzájemně souběžně, nebo vinuty ve vzájemně opačném smyslu, jak ukazuje příklad z obr. 1.

Pro kabely s jádrem 2, ve kterém je počet zploštělých drátů 3 rovný 31 nebo větší než 31, se může použít dva nebo více párů niťovitých prvků 6a a 6b, které jsou vinuty ve vzájemně opačném smyslu.

Výhodným znakem pro dosažení konstrukční jednoduchosti je to, aby niťovité prvky 6a a 6b nebyly v příslušných bodech křížení vzájemně provázány. To je snadno patrné z obr. 1, kde druhý niťovitý prvek 6b je pouze položen na prvním niťovitém prvku 6a v jejich bodu křížení.

-5CZ 297435 B6

Přítomnost několika niťovitých prvků vinutých v opačném smyslu snižuje riziko situace, kdy je ovíjecí prostředek 6 porušen nahodilým přerušením jednoho z niťovitých prvků.

Nahodile přetržený niťovitý prvek 6a by zůstal pevně spojený s jádrem 2 vzhledem k „opásání“ niťovitým prvkem nebo prvky, které jsou vinuty přes něj.

Stoupání vinutí jednotlivých niťovitých prvků by mělo být vhodně v rozmezí 0,5 až 3 násobku šířky kabelu a každý závit, který je takto vytvořen, je vzdálen od bezprostředně sousedních závitů o vzdálenost, která je rovna stoupání děleného počtem niťovitých prvků.

Dále platí, že vzdálenost mezi dvěma přilehlými závity měřená kolmo k délce niťovitých prvků 6a, 6b by měla být rovna alespoň šestinásobku poloměru nebo velikosti samotného niťovitého prvku měřeného ve stejném směru.

Podle výhodného provedení vynálezu obsahuje dále kabel 1 s transponovanými vodiči alespoň jeden roztržitelný pásek 7, který je šroubovicovitě ovinut okolo jádra 2 a niťovitých prvků 6a a 6b tvořících ovíjecí prostředek 6, přičemž uvedený pásek je uložen přes uvedený ovíjecí prostředek. Konkrétněji je pásek s výhodou vyroben z papíru typu „clupack“ nebo „kraft“, jehož tloušťka je od přibližně 0,05 do přibližně 1,15 mm.

Podél kabelu 1 je mezi roztržitelným páskem 7 a niťovitým prvkem nebo prvky 6a, 6b, které jsou ovinuty okolo jádra 2, uložena nejméně jedna trhací niť 8, která je vyrobena například z nylonu nebo jiného vhodného materiálu.

Trhací niť 8 může být vytažena bočně z jádra kabelu a tím způsobit roztržení a odstranění roztržitelného pásku 7, jak bude vysvětleno níže, během kroku navíjení kabelu 1 na příslušné jádro vinutí.

S výhodou je také podélně s kabelem 1 uložen vně rozržitelného pásku 7 nejméně jeden adhezivní pásek 9. Použití tohoto adhezivního pásku 9 umožňuje, aby závity, které jsou tvořeny roztržitelným páskem 7, držely dohromady a zabránilo se tak nekontrolovatelnému rozpadu těchto závitů, když se pásek přetrhne a odstraňuje z kabelu pomocí trhací nitě 8.

Jak je konkrétněji znázorněno na obr. 2, jsou pro zhotovení kabelu 1 zploštělé dráty 3 a oddělovací vložka 5, pokud se nějaká použije, kontinuálně odtahovány z příslušných návinů 10, uložených pomocí příslušných kmitajících podpěr 11 na karuselu 12, otáčejícím se na horizontální ose. Kmitající podpěry 11 drží náviny 10 tak, že navzdory pohybu, který je na ně přenášen rotací okolo osy karuselu 12, udržují uvedené náviny a tedy i všechny zploštělé dráty 3 stálou orientaci, takže zploštělé dráty jsou stále ukládány v příslušných v podstatě horizontálních rovinách.

Zploštělé dráty, přicházející z návinů, jsou vedeny vodítky 13 tak, aby se vzájemně přibližovaly, až vytvoří jádro 2 kabelu 1. V pásmu, kde se zploštělé dráty 3 spojí a vytvoří jádro 2, se nachází transponovací jednotka 14, která cyklicky působí na jednotlivé zploštělé dráty 3 ležící v základně a vrcholu sloupců 4a, 4b, aby se dosáhlo vzájemné transponování drátů mezi těmito sloupci.

Jádro 2, které vychází z transponovací jednotky 14, se pohybuje podélně řadou ovíjecích stanic, pomocí kterých se vytváří ovíjecí prostředek 6 a ukládá se roztržitelný pásek 7.

Konkrétněji je první ovíjecí stanice 15 uvažována tam, kde se ovíjí první niťovitý prvek nebo prvky 6a, výhodně pod ovíjecím napětím silou mezi 5 N a 25 N.

-6CZ 297435 B6

Za první navíjecí stanicí 15 leží druhá ovíjecí stanice 16, která provádí ovíjení druhého niťovitého prvku nebo prvků 6b ve stejném nebo opačném smyslu jako niťovitý prvek nebo prvky 6a, přičemž závity vinutí s protichůdným směrem se ukládají přes závity předchozího vinutí v příslušných bodech křížení.

Může být také použita třetí ovíjecí stanice, pokud je to nutné, pro vinutí dalších niťovitých prvků.

Čtvrtá ovíjecí stanice 18 má za úkol ovíjet roztržitelný pásek 7 přes ovíjecí prostředek 6 sestávající z niťovitých prvků 6a a 6b.

Mezi třetí a čtvrtou ovíjecí stanicí 17, 18 je umístěn návin trhací nitě 8 a vodicí jednotka 19 pro trhací niť 8, přičemž tato niť je vedena ke kabelu vstupujícímu do čtvrté ovíjecí stanice 18 tak, aby se trhací niť ukládala podélně vně ovíjecího prostředku 6, přičemž je ukládána mezi ovíjecí prostředek a roztržitelný pásek 7, který se ovíjí ve čtvrté ovíjecí stanici 18.

Tah vyvíjený kabelem 1 pohybujícím se dopředu podél výrobní linky odtahuje trhací niť 8 z návinu a vodicí jednotky 19.

Dále ve směru pohybu kabelu leží za řadou ovíjecích stanic 15, 16, 17 a 18 jednotka 20, ze které se odvíjí adhezivní pásek 9, který je vhodnými vodiči přiváděn na kabel z cívky 9a, a to na vnějšek roztržitelného pásku 7.

Za ovíjecími stanicemi 15, 16, 17 a 18 je také uložena tažná jednotka 21, která působí na vyrobený kabel 1 a táhne ho v podélném směru celou výrobní linkou a vede ho na shromažďovací cívku 22, která se nachází na konci výrobní linky.

Když se má kabel 1 použít na výrobu vinutí 26 transformátoru nebo jiného elektrického stroje, odvíjí se kabel z cívky 22, aby mohl být vhodně navinut na příslušné jádro 23 vinutí, jak je znázorněno na obr. 3. Tato operace se obvykle provádí tak, že se otáčí jádrem 23 vinutí okolo osy otáčení, která je buď vertikální, nebo horizontální, a kabel 1 se v jeho části probíhající mezi samotným jádrem vinutí a cívkou 22 vystavuje působení brzdicího prostředku 24, který je sám o sobě známý, uzpůsobený pro zajištění dostatečného navíjecího napětí. Za těchto podmínek se ukazuje použití roztržitelného pásku 7 jako výhodné, protože tento pásek zajišťuje, že niťovité prvky 6a, 6b a/nebo jádro 2 se nepoškodí či nepřetrhnou vlivem napětí, kterým na ně působí brzdicí prostředek 24.

V oblasti mezi brzdicím prostředkem 24 a jádrem 23 vinutí, na které je kabel 1 navíjen, je s výhodou z kabelu 1 vytahována trhací niť 8 a popřípadě navíjena na cívku 25, souběžně s tím, jak se kabel pohybuje na jádro 23 vinutí. Roztržitelný pásek 7 se tak trhá podél kabelu 1.

Závity vytvořené roztržitelným páskem 7 pak zůstávají spojeny dohromady, vzhledem k přítomnosti adhezivního pásku 9, takže roztržitelný pásek 7 a adhezivní pásek 9, společně odstraňovaný s roztržitelným páskem, mohou být snadno z kabelu 1 snímány, popřípadě pomocí dalších prostředků pro jejich shromaždování navíjením na otáčející se buben apod.

Kabel 1, který je navíjen na jádru 23 vinutí, tak neobsahuje žádný papírový pásek.

Použití niťovitých prvků 6a a 6b, ovinutých okolo jádra 2, zabezpečuje výbornou strukturální stabilitu kabelu 1, drží jednotlivé zploštělé dráty 3 ve vhodné poloze při jejich vzájemném klouzání, které je nutné, aby se mohly vytvořit rozdílné poloměry zakřivení vnějších a vnitřních zploštělých drátů 3, aniž by vzniklo riziko nežádoucí deformace a/nebo posuny jednotlivých zploštělých drátů 3 od osy kabelu 1.

-7CZ 297435 B6

Oproti známým kabelům, ve kterých soudržnost závitů zabezpečuje papírový pásek, zajišťuje vynález lepší chlazení jádra vinutí, které sestává ze samotného kabelu. Přítomnost papíru představuje překážku pro rozptyl tepla, které je nutně vyvíjeno v důsledku průchodu elektrického proudu. Tato situace je zvláště nevýhodná a nežádoucí v případě kabelů pro nízkonapěťové vinutí elektrických transformátorů nebo v případě kabelů, kterými má procházet proud velké intenzity při relativně omezeném napětí.

Za takovýchto podmínek bude mít papírový obal podle stavu techniky pouze funkci strukturálního držení jádra kabelu a jeho mechanické ochrany při odvíjení, ale nemá žádnou funkci elektrické izolace, na rozdíl od opačné situace ve vysokonapěťových vinutích či vinutích odlišné typologie.

V kabelu podle vynálezu nemá přítomnost niťovitých prvků 6a a 6b za následek překážku průtoku oleje či jiné chladicí kapaliny v těsném kontaktu s jednotlivými zploštělými dráty 3 a je tak umožněn účinný odvod tepla.

Ovíjecí prostředek pro ovinutí jádra vytvořený podle vynálezu dále umožňuje lepší rozměrové definování vinutí 26 oproti obalovým prostředkům vytvořeným z papíru či síťových pásků. Papírové pásky či síťové pásky nechávají prázdný prostor mezi pásky a zploštělými dráty, především na transponovaných segmentech. Za těchto podmínek způsobuje plášť z papíru či pásků nespolehlivost rozměrů, především proto, že rozměry prázdných prostorů jsou závislé na různých proměnných faktorech, jakými jsou varianty uspořádání pásku a vinutí, napětí pásku během navíjení do vinutí a geometrických parametrů kabelu. Tyto prázdné prostory mohou být navíc eliminovány nebo jakýmkoliv způsobem omezeny pouze blíže neurčeným způsobem tím, že se stlačí vinutí 26 před nebo během tepelných zpracování provádšných při výrobě vinutí. Proto je nemožné předem znát přesné rozměry konečného vinutí 26.

Naproti tomu může mít kabel, který je ovinut niťovitými prvky 6a a 6b, opakovatelné a snadno ověřitelné rozměry a lze se tím vyhnout potřebě následujících opatření pro korekci rozměrů.

Větší přesnost rozměrů kabelu navíc umožňuje znatelnou redukci velikosti hotového vinutí 26, zejména lepší činitel plnění, vyjádřený jako poměr objemu, který je vyplněn mědí nebo jiným materiálem, ze kterého jsou vyrobeny zploštělé dráty 3, a celkového objemu vinutí 26. V této souvislosti bylo zjištěno, že použití kabelu podle vynálezu umožňuje zvýšit činitel plnění o více než 40 procent ve vztahu ke kabelům obaleným například papírovými pásky.

Tohoto výsledku se dosáhne nejen eliminací objemu, který zabírá papírový obal podle dosavadního stavu techniky, ale také v důsledku možnosti značné redukce šířky kanálků vynechaných mezi sousedními závity vinutí pro umožnění cirkulace oleje, přičemž této redukce je dosaženo v důsledku zlepšené výměny tepla, kterou vynález umožňuje.

Je vhodné též poznamenat, že vyloučení papíru, který je obvykle použit v tradičních obalujících prostředcích v několika vrstvách, má za následek důležitou redukci výrobních nákladů kabelu.

Vynález se jeví jako zlepšení také ve srovnání se známými kabely oplášťovanými síťovými pásky, které mají vyšší výrobní náklady ve srovnání s niťovitými prvky použitými podle vynálezu.

Oplášťování pomocí síťových pásků má za následek použití většího množství materiálu a důsledkem je zhoršení odvodu tepla ze zploštělých drátů.

Je zřejmé, že vynález je možno podrobit řadě modifikací a obměn, které všechny spadají do jeho rozsahu. I když je vynález popsán v kontextu vytváření nízkonapěťového vinutí pro elektrické transformátory, může být kabel podle vynálezu použit v jakémkoliv dalším případě, kdy hodnoty

-8CZ 297435 B6 proudu, pro které je kabel navržen, nevyžadují přítomnost elektricky ochranné vrstvy papírového materiálu.

Je vhodné také poznamenat, že vložky ve formě roztržitelného pásku může být s výhodou použito také v kabelech s obalujícím prostředkem sestávajícím ze síťových pásků nebo nemajících vůbec obalující prostředek (opláštění), stejně jako i v jakýchkoliv dalších případech, kde je žádoucí ochránit kabel před mechanickým namáháním nebo klimatickými vlivy, nebo před účinkem dalších látek přítomných v prostředí, s nímž se kabel může dostat do styku během dopravy a/nebo skladování, stejně jako i při výrobě vinutí 26.

Claims (31)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Kabel s transponovanými vodiči pro vinutí elektrických strojů, který obsahuje:

   - jádro (2) sestávající z více elektrických vodičů (3), které mají zploštělý průřez, jsou uložené v nejméně dvou vedle sebe ležících sloupcích (4a, 4b) a jsou vzájemně mezi sloupci (4a, 4b) po délce kabelu jednotlivě sekvenčně transponovány z jednoho ze sloupců (4a, 4b) do druhého,

   - ovíjecí prostředek (6) uložený okolo jádra (2), pro držení uvedených vodičů (3) pohromadě k zajištění strukturální stabilizace kabelu (1), vyznačující se tím, že ovíjecí prostředek (6) obsahuje nejméně jeden niťovitý prvek (6a, 6b), který je šroubovicovitě ovinut okolo jádra (2) ve formě závitů, přičemž závity v podstatě nemají body vzájemného provázání.
2. 2. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že ovíjecí prostředek (6) sestává z jednoho šroubovicovitě vinutého niťovitého prvku (6a).
3. 3. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že ovíjecí prostředek (6) sestává z nejméně dvou niťovitých prvků (6a, 6b), které jsou šroubovicovitě vinuté ve vzájemně opačných směrech.
4. 4. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že ovíjecí prostředek (6) sestává z nejméně dvou niťovitých prvků (6a, 6b), které jsou navzájem souběžné a jsou vinuty v sekvenčně prostřídaných závitech.
5. 5. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se t í m , že niťovité prvky (6a, 6b) obsahují polyesterovou nit.
6. 6. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že niťovité prvky (6a, 6b) jsou polyesterové nitě.
7. 7. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že nit má délkovou hmotnost od 1000 do 3000 dtex.
8. 8. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že niťovitý prvek (6a, 6b) má průměr od 0,1 až 0,8 mm.
9. 9. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 8, vyznačující se tím, že niťovitý prvek (6a, 6b) je jedno nekonečné vlákno z polyesteru, umělého hedvábí, polypropylenu, PPS

   -9CZ 297435 B6 (polyfenylensulfidu), PCDA (polycyklohexandimethylentereftalátu).
10. 10. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že niťovitý prvek (6a, 6b) má zploštělý průřez s šířkou od 0,3 do 0,6 mm.
11. 11. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že niťovitý prvek (6a, 6b) má pevnost v tahu od 50 do 250 N.
12. 12. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že niťovitý prvek (6a, 6b) má tažnost v přetržení od 5 do 20 %.
13. 13. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že niťovitý prvek (6a, 6b) je vinutý s napětím napínací silou od 5 do 25 N.
14. 14. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že niťovitý prvek (6a, 6b) je vinutý se stoupáním mezi 0,5 násobkem a trojnásobkem šířky kabelu.
15. 15. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 14, vyznačující se t í m , že závity, tvořené niťovitým prvkem nebo niťovitými prvky (6a, 6b) na jádru (2) mají ve směru kolmém na niťovité prvky (6a, 6b) vzájemnou vzdálenost rovnou stoupání závitu vydělenému počtem niťovitých prvků.
16. 16. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že závity, tvořené niťovitými prvky (6a, 6b) na jádru (2), mají ve směru kolmém na niťovité prvky (6a, 6b) vzájemnou vzdálenost rovnou alespoň šestinásobku velikosti niťovitých prvků (6a, 6b), měřenou ve stejném směru.
17. 17. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje nejméně jeden roztržitelný pásek (7), který je šroubovicovitě ovinut okolo vodičů (3) kabelu a uvedeného nejméně jednoho niťovitého prvku (6a, 6b).
18. 18. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 17, vyznačující se tím, že roztržitelný pásek (7) je vyroben z papírového materiálu.
19. 19. Kabel s transponovanými vodiči podle nároku 17 nebo 18, vyznačující se tím, že dále obsahuje nejméně jednu trhací niť (8), uloženou podélně s kabelem mezi roztržitelným páskem (7) a uvedeným nejméně jedním niťovitým prvkem (6a, 6b), přičemž trhací niť (8) je uložena tak, aby se mohla z kabelu (2) vytáhnout, s vyvoláním přetržení a sejmutí roztržitelného pásku (7).
20. 20. Kabel s transponovanými vodiči podle nároků 17 až 19, vyznačující se tím, že dále obsahuje nejméně jeden adhezivní pásek (9), který je při uložení podélně po délce kabelu (1) přiložen zevně k roztržitelnému pásku (7), aby držel závity spojené dohromady, když je pásek (7) přetrháván a snímán z kabelu (1).
21. 21. Způsob výroby kabelu s transponovanými vodiči, pro použití k vytváření vinutí elektrických strojů, který obsahuje následující kroky:

    - vytvoření jádra (2) z elektrických vodičů (3) zploštělého průřezu, které jsou uloženy v alespoň dvou vedle sebe ležících sloupcích (4a, 4b) a jsou vzájemně mezi sloupci (4a, 4b) po délce kabelu (1) jednotlivě sekvenčně transponované z jednoho ze sloupců (4a, 4b) do druhého,

    - ovíjení uvedeného jádra (2) ovíjecím prostředkem (6), který se ukládá okolo jádra (2), aby se získala strukturální stabilizace jádra (2),

    -10CZ 297435 B6 vyznačující se tím, že krok ovíjení se provádí šroubovicovitým vinutím jednoho nebo více niťovitých prvků (6a, 6b) okolo jádra (3), v podstatě bez bodů vzájemného provázání mezi závity niťovitých prvků (6a, 6b).
22. 22. Způsob podle nároku 21, vyznačující se tím, že krok ovíjení se provádí šroubovicovitým vinutím nejméně dvou souvislých niťovitých prvků (6a, 6b), vinutých v navzájem v opačných směrech.
23. 23. Způsob podle nároku 21, vyznačující se tím, že krok ovíjení se provádí šroubovicovitým vinutím nejméně dvou souvislých niťovitých prvků (6a, 6b), které jsou uloženy souběžně.
24. 24. Způsob podle nároku 21, vyznačující se tím, že během šroubovicovitého ovíjení se působí na každý niťovitý prvek (6a, 6b) silou od 5 do 25 N.
25. 25. Způsob podle nároku 21, vyznačující se tím, že ovíjení uvedeným jedním nebo více niťovitými prvky (6a, 6b) je prováděno tak, že závity jsou od sebe vzdáleny o stejnou vzdálenost, která je rovna hodnotě rovné podílu stoupání a počtu niťovitých prvků.
26. 26. Způsob podle nároku 21, vyznačující se tím, že dále obsahuje krok šroubovicovitého ovíjení nejméně jednoho roztržitelného pásku (7) okolo jádra (2) nesoucího uvedený nejméně jeden niťovitý prvek (6a, 6b).
27. 27. Způsob podle nároku 26, vyznačující se tím, že dále obsahuje krok vkládání nejméně jedné trhací nitě (8), probíhající podél kabelu, mezi uvedený nejméně jeden roztržitelný pásek (7) a jádro (2) nesoucí uvedený nejméně jeden niťovitý prvek (6a, 6b).
28. 28. Způsob podle nároku 27, vyznačující se tím, že vkládání trhací nitě (8) se provádí jejím tažením pomocí kabelu (1), který se pohybuje kupředu k ovíjecí stanici, která je vhodně uspořádána pro vinutí roztržitelného pásku (7).
29. 29. Způsob podle nároku 26, vyznačující se tím, že dále obsahuje uložení nejméně jednoho adhezivního pásku (9) vně roztržitelného pásku navinutého okolo kabelu (1).
30. 30. Způsob vytváření elektrického vinutí z kabelu (1) s transponovanými vodiči, obsahujícího jádro (2) vytvořené z více elektrických vodičů (3) zploštělého průřezu, které jsou uloženy v alespoň dvou vedle sebe ležících sloupcích (4a, 4b) a jsou vzájemně mezi sloupci (4a, 4b) po délce kabelu jednotlivě sekvenčně transponovány z jednoho ze sloupců (4a, 4b) do druhého, a dále obsahujícího nejméně jeden roztržitelný pásek (7), šroubovicovitě ovinutý okolo jádra (2), vyznačující se tím, že během navíjení kabelu (1) na příslušné jádro (23) vinutí se provádí odstraňování roztržitelného pásku (7) tím, že se bočně vytahuje nejméně jedna trhací niť (8), uložená podél kabelu mezi roztržitelným páskem (7) a jádrem (2).
31. 31. Způsob podle nároku 30, vyznačující se tím, že se za trhací niť (8) pro roztrhování roztržitelného pásku (7) táhne v úseku kabelu ležícím mezi jádrem (23) vinutí a brzdicím prostředkem (24), který působí na kabel, aby se požadovaným způsobem napínal.