DE102010009428A1

DE102010009428A1 - Primer for curing resin

Info

Publication number: DE102010009428A1
Application number: DE201010009428
Authority: DE
Inventors: Engelbert 51143 Engels; Achim 53797 Langens; Michael 51143 Koch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-08-25
Also published as: EP2539906A1; CN102792392A; WO2011104204A1

Abstract

Um eine Vorrichtung (1) zum Aushärten von Harz, mit dem ein Wicklungskörper (4) einer Hochspannungsdurchführung imprägniert wurde, mit einer zur Aufnahme des Wicklungskörpers (4) eingerichteten Reaktionskammer (2), die von einem Reaktionskammergehäuse (3) begrenzt ist, und Wärmeaustauschmitteln (6) zum Kühlen oder Heizen der Reaktionskammer (2), bereitzustellen, mit der das Harz des Wicklungskörpers (4) lunker- und spannungsfrei ausgehärtet werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Wärmeaustauschmittel (6) sowohl zum unmittelbaren Wärmeaustausch mit der Reaktionskammer (2) als auch mit dem Wicklungskörper (4) eingerichtet sind.To a device (1) for curing resin, with which a winding body (4) of a high-voltage bushing was impregnated, with a reaction chamber (2) which is set up to accommodate the winding body (4) and is delimited by a reaction chamber housing (3), and heat exchange means (6) for cooling or heating the reaction chamber (2), with which the resin of the winding body (4) can be cured free of voids and stress, it is proposed that the heat exchange means (6) both for direct heat exchange with the reaction chamber (2 ) and with the winding body (4) are set up.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aushärten von Harz, mit dem ein Wicklungskörper einer Hochspannungsdurchführung imprägniert wurde, mit einer zur Aufnahme des Wicklungskörpers eingerichteten Reaktionskammer, die von einem Reaktionskammergehäuse begrenzt ist, und Wärmeaustauschmitteln zum Kühlen oder Heizen der Reaktionskammer.The invention relates to a device for curing resin, with which a winding body of a high voltage feedthrough has been impregnated, with a reaction chamber adapted for receiving the winding body, which is delimited by a reaction chamber housing, and heat exchange means for cooling or heating the reaction chamber.

Eine solche Vorrichtung ist aus der Praxis bekannt. So werden so genannte harzimprägnierte Hochspannungsdurchführungen hergestellt, indem zunächst Lagen aus gekrepptem Papier auf einem Hochspannungsleiter aus Kupfer gewickelt werden. Zur Absteuerung hoher elektrischer Feldstärken werden neben den Papierlagen elektrisch leitfähige Einlagen in den Wicklungskörper eingebracht. Nach dem Aufwickeln der besagten Lagen wird der so gewonnenen Wicklungskörper mit flüssigem Harz imprägniert und das Harz anschließend in einer Reaktionskammer ausgehärtet.Such a device is known from practice. So-called resin-impregnated high-voltage feedthroughs are produced by first winding layers of creped paper on a copper high-voltage conductor. To control high electrical field strengths, electrically conductive deposits are introduced into the winding body in addition to the paper layers. After winding the said layers, the winding body obtained in this way is impregnated with liquid resin and the resin is then cured in a reaction chamber.

Hochspannungsdurchführungen dieser Art werden im Englischen mit dem Passus RIP (Resin Impregnated Paper) charakterisiert. Sie dienen in der Regel dazu, hohe Spannungen durch eine Gehäusewand zu führen, die auf einem Erdpotential liegt. Um auch bei hohen Spannungsbereichen, beispielsweise bei Gleichspannungen bis zu 500 kV oder mehr, einsetzbar zu sein, ist es wichtig, Teilentladungen während des Betriebs der Hochspannungsdurchführung sicher zu vermeiden. Aus diesem Grunde sollte das Harz des Wicklungskörpers lunker- und spannungsfrei ausgehärtet werden. Insbesondere bei großen Wicklungskörpern, die für extrem hohe Gleichspannungen von über 800 kV notwendig sind, werden aufgrund des exothermen Reaktionsablaufes beim Aushärten des Harzes entsprechend große Wärmemengen erzeugt. Diese großen Wärmemengen können bei Verwendung von Reaktionskammern gemäß dem Stand der Technik nicht schnell genug abgeführt werden, so dass beim Aushärten großer Wicklungskörper Temperaturgradienten entstehen, welche zu Lunkern, also zu Hohlräumen, in der Harzmasse führten.High-voltage bushings of this type are characterized in English with the Passus RIP (Resin Impregnated Paper). They are usually used to carry high voltages through a housing wall, which is at a ground potential. In order to be able to be used even at high voltage ranges, for example at DC voltages of up to 500 kV or more, it is important to reliably avoid partial discharges during operation of the high-voltage feedthrough. For this reason, the resin of the winding body should be cured void and stress-free. Particularly in the case of large winding bodies which are necessary for extremely high DC voltages of more than 800 kV, correspondingly large amounts of heat are generated on curing of the resin due to the exothermic course of the reaction. These large amounts of heat can not be dissipated quickly enough when using reaction chambers according to the prior art, so that when curing large winding body temperature gradients arise, which led to voids, so cavities in the resin composition.

Aus der DE 10 2004 045 537 D3 ist eine Reaktionskammer bekannt, die im Innern eine Kühlvorrichtung aufweist.From the DE 10 2004 045 537 D3 is known a reaction chamber having a cooling device inside.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der das Harz eines für hohe Spannungsbereiche ausgelegten Wicklungskörpers lunker- und spannungsfrei ausgehärtet werden kann.The object of the invention is to provide a device of the type mentioned, with which the resin of a designed for high voltage ranges winding body can be cured voids and stress-free.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Wärmeaustauschmittel sowohl zum unmittelbaren Wärmeaustausch mit der Reaktionskammer als auch mit dem Wicklungskörper eingerichtet sind.The invention solves this problem in that the heat exchange means are set up both for direct heat exchange with the reaction chamber and with the winding body.

Erfindungsgemäß sind Wärmeaustauschmittel vorgesehen, die sowohl einen Wärmeübergang zwischen der Reaktionskammer und den Wärmeaustauschmitteln als auch einen direkten Wärmeübergang zwischen dem Wicklungskörper und den Wärmeaustauschmitteln ermöglichen. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß der Wicklungskörper nicht indirekt über die Reaktionskammer oder das Reaktionskammergehäuse gekühlt. Vielmehr erfolg im Rahmen der Erfindung auch ein direkter Wärmeübergang zwischen den Wärmeaustauschmitteln und dem Wicklungskörper. Somit geht die beim Aushärten des Harzes erzeugte Reaktionswärme zumindest teilweise direkt in die Wärmeaustauschmittel über und wird von diesen abgeführt, so dass der Wicklungskörper besser gekühlt ist. Hohe Temperaturgradienten mit mechanischen Spannungen und Lunkern im Gefolge sind auf diese Weise vermieden. Ein direkter Wärmeübergang ist dann erreicht, wenn die im Wicklungskörper erzeugte Wärme nicht an die Reaktionskammer abgegeben wird, sondern unmittelbar an die Wärmeaustauschmittel, die eine gesonderte Kühlung für den Wicklungskörper bereitstellen.According to the invention heat exchange means are provided which allow both a heat transfer between the reaction chamber and the heat exchange means as well as a direct heat transfer between the winding body and the heat exchange means. In other words, according to the invention, the winding body is not cooled indirectly via the reaction chamber or the reaction chamber housing. Rather, in the context of the invention, a direct heat transfer between the heat exchange means and the winding body. Thus, the heat of reaction generated upon curing of the resin at least partially directly into the heat exchange means and is discharged therefrom, so that the winding body is better cooled. High temperature gradients with mechanical stresses and voids in the wake are avoided in this way. A direct heat transfer is achieved when the heat generated in the winding body is not delivered to the reaction chamber, but directly to the heat exchange means, which provide a separate cooling for the winding body.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung weisen die Wärmeaustauschmittel mindestens ein Wickelwärmeaustauschaggregat zum unmittelbaren Wärmeaustausch mit dem Wicklungskörper und wenigstens ein Kammerwärmeaustauschaggregat zum unmittelbaren Wärmeaustausch mit dem Reaktionskammergehäuse auf. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird durch wenigstens ein Kammerwärmeaustauschaggregat das Reaktionskammergehäuse gekühlt oder erwärmt. Der Wärmeübergang findet somit direkt zwischen dem Kammerwärmeaustauschaggregat und dem Reaktionskammergehäuse statt. Über das so gekühlte oder aufgeheizte Wärmereaktionskammergehäuse wird anschließend der Innenraum der Reaktionskammer indirekt gekühlt. Darüber hinaus ist ein Wickelwärmeaustauschaggregat vorgesehen, das in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wicklungskörper steht. Hierbei findet ein direkter Wärmeübergang zwischen dem Wickelwärmeaustauschaggregat und dem Wicklungskörper statt.In an advantageous further development of the invention, the heat exchange means comprise at least one coil heat exchange unit for direct heat exchange with the coil body and at least one chamber heat exchange unit for direct heat exchange with the reaction chamber housing. According to this advantageous development of the invention, the reaction chamber housing is cooled or heated by at least one chamber heat exchange unit. The heat transfer thus takes place directly between the chamber heat exchange unit and the reaction chamber housing. The interior of the reaction chamber is then indirectly cooled via the thus cooled or heated heat reaction chamber housing. In addition, a winding heat exchange unit is provided, which is in heat-conducting contact with the winding body. Here, a direct heat transfer between the winding heat exchange unit and the winding body takes place.

In der diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist das Wickelwärmeaustauschaggregat zum Wärmeaustausch mit dem Wickelkern des Wicklungskörpers eingerichtet. Der in der Regel elektrisch und somit gut wärmeleitende Wickelkern steht gemäß dieser Variante der Erfindung in unmittelbarem wärmeleitenden Kontakt mit dem Wickelwärmeaustauschaggregat. Der Wärmeaustausch erfolgt somit direkt zwischen dem Wickelkern und dem Wickelwärmeaustauschaggregat.In the related further development, the winding heat exchange unit is arranged for heat exchange with the winding core of the winding body. The generally electrically and thus highly thermally conductive winding core is according to this variant of the invention in direct heat-conducting contact with the wound heat exchange unit. The heat exchange thus takes place directly between the winding core and the wound heat exchange unit.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der Wickelkern hohl ausgebildet, wobei das Wickelwärmeaustauschaggregat Aufsatzmittel zum Integrieren des hohlen Wickelkerns in das Wickelwärmeaustauschaggregat aufweist, wobei ein fluides Wärmeaustauschmittel zum Wärmetransport dient. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung wird ein fluides also gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel in den hohlen Wicklungskern, also beispielsweise einen hohen Hochspannungsleiter, geführt. Das fluide Wärmeaustauschmittel transportiert Wärme zwischen dem Hochspannungsleiter und einem Heiz- und/oder Kühlaggregat des Wickelwärmeaustauschaggregats. Dies kann beispielsweise durch Ausbilden eines geschlossenen Wärmeaustauschkreises erfolgen, in den der hohle Hochspannungsleiter integriert ist. According to an expedient further development of this, the winding core is hollow, wherein the winding heat exchange unit comprises attachment means for integrating the hollow winding core in the winding heat exchange unit, wherein a fluid heat exchange means for heat transport is used. According to this advantageous further development, a fluid, ie gaseous or liquid coolant, is guided into the hollow winding core, that is to say, for example, a high high-voltage conductor. The fluid heat exchange medium transports heat between the high voltage conductor and a heating and / or cooling unit of the winding heat exchange assembly. This can be done, for example, by forming a closed heat exchange circuit in which the hollow high-voltage conductor is integrated.

Zum Umwälzen des Wärmeaustauschmittels in dem so gebildeten geschlossenen Kühl- oder Heizkreis dient eine zweckmäßige Umwälzpumpe.For circulating the heat exchange medium in the closed cooling or heating circuit thus formed, a suitable circulating pump is used.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind Reglungsmittel zum Einstellen der Temperatur des Wicklungskörpers in Abhängigkeit einer vorgegebenen Sollwerttemperatur vorgesehen. Mit anderen Worten erfolgt das Abführen der exothermen Reaktionswärme geregelt in dem Sinne, dass beispielsweise bei einem geschlossenen Wärmekreis die Umwälzgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des Wärmeaustauschmittels so verändert wird, dass sich in dem Wicklungskörper eine vorgegebene Temperatur möglichst genau einstellt. Zum Erfassen der jeweiligen Ist-Temperatur am Wicklungskörper sind zweckmäßig angeordnete Temperaturgeber vorgesehen. Darüber hinaus weisen die Reglungsmittel eine Logikeinheit auf, mit deren Hilfe ein Vergleich zwischen dem vorgegebenen Soll- und Ist-Temperaturwerten unter Gewinnung einer Regeldifferenz durchgeführt wird. Die Regeldifferenz wird anschließend einem zweckmäßigen Regler zugeführt.According to an advantageous further development, regulating means are provided for adjusting the temperature of the winding body as a function of a predetermined setpoint temperature. In other words, the removal of the exothermic heat of reaction is regulated in the sense that, for example, in a closed heat circuit, the circulation rate and / or the temperature of the heat exchange medium is changed so that a predetermined temperature is set as accurately as possible in the winding body. For detecting the respective actual temperature on the winding body suitably arranged temperature sensor are provided. In addition, the control means to a logic unit, with the aid of a comparison between the predetermined target and actual temperature values is carried out to obtain a control difference. The control difference is then fed to a suitable controller.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich eine längliche Kühlschlange in den hohlen Wickelkern des Wicklungskörpers einzuführen. Die Kühlschlange ist beispielsweise Teil eines Kühlkreislaufes. Die Länge dieser Kühlschlange ist von den jeweiligen Anforderungen abhängig.Of course, it is within the scope of the invention also possible to introduce an elongated cooling coil in the hollow winding core of the winding body. The cooling coil is part of a cooling circuit, for example. The length of this cooling coil depends on the respective requirements.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei dieFurther expedient refinements and advantages of the invention are the subject of the following description of embodiments with reference to the figure of the drawing, wherein the

Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung zeigt.Figure shows an embodiment of the device according to the invention in a schematic representation.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Die gezeigte Vorrichtung 1 verfügt über eine Reaktionskammer 2, die von einem Reaktionskammergehäuse 3 umfänglich begrenzt ist.The figure shows an embodiment of the device according to the invention 1 in a schematic representation. The device shown 1 has a reaction chamber 2 coming from a reaction chamber housing 3 is circumferentially limited.

Die Reaktionskammer 3 ist zur Aufnahme eines mit Harz getränkten Wicklungskörpers 4 einer Hochspannungsdurchführung vorgesehen, die für Spannungen bis zu 800 kV ausgelegt ist. Der Wicklungskörper 4 ist entsprechend dimensioniert und weist einen rohrförmigen und somit innen hohlen Wickelkern oder einen rohrförmigen Hochspannungsleiter 5 auf, der gestrichelt dargestellt ist. Auf diesen hohlen Hochspannungsleiter 5 wurden Isolierlagen aus gekrepptem Papier und elektrisch leitfähige Potentialsteuerungseinlagen so gewickelt, dass die Potentialsteuerungseinlagen durch die Isolierlagen voneinander getrennt sind. Der aus gekreppten Papier und Potentialsteuereinlagen bestehende Wicklungskörper 5 wurde anschließend in flüssiges Harz eingetaucht. In der Reaktionskammer 2 soll der so geformte Wicklungskörper 4 ausgehärtet werden.The reaction chamber 3 is for receiving a resin-impregnated winding body 4 a high-voltage bushing designed for voltages up to 800 kV. The winding body 4 is dimensioned accordingly and has a tubular and thus inside hollow winding core or a tubular high-voltage conductor 5 on, which is shown in dashed lines. On this hollow high voltage conductor 5 Insulation layers of creped paper and electrically conductive potential control inserts were wound so that the potential control inserts are separated by the insulating layers. The creped paper and potential control inserts existing winding body 5 was then immersed in liquid resin. In the reaction chamber 2 should the thus formed winding body 4 be cured.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist das Aushärten des Harzes ein exothermer Prozess, bei dem Reaktionswärme frei gesetzt wird. Zum Abführen dieser Reaktionswärme dienen Wärmeaustauchmittel 6, die ein Kammerwärmeaustauschaggregat 7 und ein gestrichelt dargestelltes Wickelwärmeaustauschaggregat 8 umfassen, wobei der Hochspannungsleiter 5 Teil des Wickelwärmeaustauschaggregates 8 ist. Das Kammerwärmeaustauschaggregat 7 steht in unmittelbarem Wärmekontakt mit dem Reaktionskammergehäuse 3 und ist Teil eines Wärmekreislaufs, der in der Figur nur angedeutet ist. Der Wärmekreislauf verfügt über eine Wärmeaustauschflüssigkeit, welche in dem Wärmekreislauf des Kammerwärmeaustauschaggregats 7 mittels einer nicht gezeigten Umwälzpumpe umgewälzt wird.As already stated, the curing of the resin is an exothermic process in which heat of reaction is released. Heat dissipating agents are used to remove this heat of reaction 6 , which is a chamber heat exchange unit 7 and a wound coil heat exchange unit shown in dashed lines 8th include, wherein the high voltage conductor 5 Part of the winding heat exchange unit 8th is. The chamber heat exchange unit 7 is in direct thermal contact with the reaction chamber housing 3 and is part of a thermal cycle, which is only indicated in the figure. The heat cycle has a heat exchange liquid which is in the heat cycle of the chamber heat exchange unit 7 is circulated by means of a circulating pump, not shown.

Die Integration des Hochspannungsleiters 5 in das Wickelwärmeaustauschaggregat 8 erfolgt mittels eines Einlassstutzens 9. Eine in der Figur ebenfalls nicht dargestellte Pumpe Wickelwärmeaustauschaggregats 8 sorgt für die gewünschte Bewegung eines Wärmeaustauschfluids. Weiterhin sind Heizmittel zum Aufheizen des Wärmeaustauschfluids und ein Kühlaggregat zum Abkühlen in des Wärmeaustauschfluids vorgesehen.The integration of the high voltage conductor 5 in the winding heat exchange unit 8th done by means of an inlet nozzle 9 , A not shown in the figure pump winding heat exchange unit 8th provides the desired movement of a heat exchange fluid. Furthermore, heating means for heating the heat exchange fluid and a cooling unit for cooling in the heat exchange fluid are provided.

Das Wickelwärmeaustauschaggregat 8 verfügt beispielsweise über ein figürlich nicht dargestelltes stabförmiges Traggerüst, an dem eine Kühlschlange festigt ist. Über diese Kühlschlange wird das Wärmeaustauschfluid umgewälzt. Somit ist ein direkter Wärmeübergang zwischen dem Wickelwärmeaustauschaggregat 8 und Wicklungskörper 4 bereitgestellt, da ein Umweg über die Reaktionskammer 3 vermieden ist.The winding heat exchange unit 8th For example, has a figuratively not shown rod-shaped support frame to which a cooling coil is fastened. About this cooling coil, the heat exchange fluid is circulated. Thus, there is a direct heat transfer between the wound heat exchange unit 8th and winding body 4 provided as a detour via the reaction chamber 3 is avoided.

Ein hohler Wickelkern des Wicklungskörpers 4 kann auch als Rohrleitung genutzt und in einen Wärmeaustauschkreis des Wickelwärmeaustauschaggregats 8 integriert werden, so dass der Wickelkern von einem Wärmeaustauschfluid kontinuierlich durchströmt wird. Der Wickelkern ist beispielsweise der Hochspannungsleiter 5. Bei einer weiteren Variante des Wickelwärmeaustauschsaggregats 8 wird nicht wie beim Kammerwärmeaustauschaggregat 7 eine Wärmeaustauschflüssigkeit kontinuierlich umgewälzt. Vielmehr wird, wie durch den Doppelpfeil in der Figur angedeutet, ein Wärmeaustauschfluid eingesetzt, das innerhalb des Wickelwärmeaustauschaggregats 8 beispielsweise durch eine Pumpe hin und her bewegt wird. Hierbei kommt es ebenfalls zu einem Wärmetransport, bei dem die Wärme aus dem Hochspannungsleiter 5 abgeführt wird. A hollow winding core of the winding body 4 can also be used as a pipeline and in a heat exchange circuit of the Wickelwärmeaustauschaggregats 8th be integrated, so that the winding core is continuously flowed through by a heat exchange fluid. The winding core is for example the high voltage conductor 5 , In a further variant of the Wickelwärmeaauschchsaggregats 8th does not become like the chamber heat exchange unit 7 a heat exchange fluid continuously circulated. Rather, as indicated by the double arrow in the figure, a heat exchange fluid used within the Wickelwärmeaustauschaggregats 8th for example, is moved back and forth by a pump. This also leads to a heat transfer, in which the heat from the high-voltage conductor 5 is dissipated.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Wärmeaustausches an mehreren Stellen kann auch bei großen Wicklungskörpern 4 die Wärme so zu- bzw. abgeführt werden, dass ein spannungsfreies und lunkerfreies Aushärten in der Harzmasse ermöglicht ist.Due to the heat exchange according to the invention at several points, even with large winding bodies 4 the heat is added or removed so that a stress-free and void-free curing in the resin composition is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004045537 D3 [0004]

Claims

Contraption ( 1 ) for curing resin, with which a winding body ( 4 ) was impregnated a high-voltage bushing, with a for receiving the winding body ( 4 ) reaction chamber ( 2 ) derived from a reaction chamber housing ( 3 ), and heat exchange means ( 6 ) for cooling or heating the reaction chamber ( 2 ), characterized in that the heat exchange means ( 6 ) for both direct heat exchange with the reaction chamber ( 2 ) as well as with the winding body ( 4 ) are set up.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat exchange means ( 6 ) at least one winding heat exchange unit ( 8th ) for direct heat exchange with the winding body ( 4 ) and at least one chamber heat exchange unit ( 7 ) for direct heat exchange with the reaction chamber housing ( 3 ) exhibit.

Contraption ( 1 ) according to claim 2, characterized in that at least one winding heat exchanger ( 8th ) for heat exchange with the winding core ( 5 ) of the winding body ( 4 ) is set up.

Contraption ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the winding core ( 5 ) is hollow, wherein the winding heat exchange unit ( 8th ) Attachment means ( 9 ) for integrating the hollow winding core ( 5 ) in the winding heat exchange unit ( 8th ), wherein a fluid heat exchange means for heat transport is used.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that regulating means for adjusting the temperature of the winding body ( 4 ) are provided in response to a predetermined setpoint temperature.