DE1253355B - Transformator, Drosselspule od. dgl. Induktionsgeraet - Google Patents

Description

• Transformator, Drosselspule od. dgl. Induktionsgerät Die Erfindung bezieht sich auf Transformatoren, Drosselspulen oder dergleichen Induktionsgeräte mit vorzugsweise mehreren Wicklungen. Bekanntlich werden diese Geräte betriebsmäßig häufig durch Überspannungen, z. B. bei Schaltvorgängen, sowie durch Blitz- und Wanderwellen beansprucht, deren Höhe weit über der der normalen Betriebsspannung liegt. Damit diese Geräte durch die Überspannungen keinen Schaden leiden, müssen sie dagegen geschützt werden. Dies geschah bisher dadurch, daß man entweder die Isolation den Überspannungen entsprechend stärker ausführte oder daß man zusätzliche Überspannungsschutzeinrichtungen, z. B. Überspannungsableiter vorsah. Beide Arten sind jedoch teuer und erfordern auch eine zusätzliche betriebsmäßige Instandhaltung und Überwachung. Bei verstärkt ausgeführter Isolation kommt noch der Nachteil hinzu, daß dabei der Füllfaktor verschlechtert wird.
• Aufgabe der Erfindung ist es, hier auf einfache und billige Weise Abhilfe zu schaffen, indem man die Isolation des Gerätes so ausführt, daß diese einen selbsttätigen Schutz gegen auftretende Überspannungen bildet.
• Bei elektrischen Induktionsgeräten mit vorzugsweise mehreren Wicklungen, deren gesamte Isolation, nämlich Leiterisolation, die Isolation von Wicklung zu Wicklung und von Wicklung gegen Erde, aus einem festen Isolationsmaterial besteht, das bei im Normalbereich herrschenden Spannungen ein vollwertiger Isolator ist, ist gemäß der Erfindung das Isoliermaterial zusätzlich dadurch leitend gemacht, daß in ihm vorzugsweise gleichmäßig verteilt spannungsabhängige Widerstandsmaterialien eingelagert sind.
• Als spannungsabhängiges Widerstandsmaterial eignet sich in hervorragender Weise Siliziumkarbid, das in vorzugsweise gleichmäßiger Teilchengröße und gleichmäßiger Verteilung in die Isolation, die vorzugsweise aus einem harzartigen Binder gebildet wird, wozu sich die bekannten Epoxydharze, Polyesterharze und Silikonharze eignen, eingebracht wird. Dabei kann die Konzentration der Teilchen, d. h. deren Raumanteile und die Dicke des Isoliermaterials den Betriebsbedingungen, d. h. den jeweiligen Spannungen angepaßt werden. Mit den an sich bekannten Gießharzen, denen zur Erreichung einer hohen Kriechstromfestigkeit und Lichtbogenfestigkeit faserige oder pulverförmige Füllstoffe beigemengt sind, ist der mit der Erfindung verfolgte Zweck nicht erreichbar.
• An Hand der Zeichnung, die in F i g. 1 eine Seitenansicht eines teilweise aufgeschnittenen Transformators zeigt, sowie an Hand der in F i g. 2 wiedergegebenen Leitfähigkeitskurve von Siliziumkarbid soll die Erfindung näher erläutert werden.
• In F i g. 1 ist mit 10 der Gesamttransformator bezeichnet, dessen die drei Schenkel 20, 22, 24 und die Joche 26 und 28 aufweisender Kern 16 auf dem Mittelschenkel 22 die Niederspannungswicklung 12 mit ihren Anschlüssen 13 und die dazu konzentrisch liegende Hochspannungswicklung 14 mit ihren Anschlüssen 15 trägt. Mit 18 ist der den aktiven Teil aufnehmende Transformatorkessel angedeutet. Der Magnetkern 16 kann in herkömmlicher Weise aus Blechlamellen geschichtet oder als sogenannter Bandkern gewickelt sein. Die Wicklungen können in herkömmlicher Weise aus Drähten oder, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, aus streifen- oder bandförmigen Leitern aus Kupfer oder Aluminium bestehen. Da der Transformator sich selbst gegen auftretende Überspannungen schützen soll, ohne daß zusätzliche überspannungseinrichtungen erforderlich sind, ist seine Isolation aus Materialien gefertigt, die im Normalbetrieb einen guten elektrischen Isolator darstellen, aber bei auftretenden Überspannungen leitend werden, um dadurch einen Durchschlag und eine Gerätebeschädigung zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist die gesamte Transformatorisolation, nämlich die Isolation 30 zwischen den Leitern 32 sowie die Isolation 34 zwischen den beiden Wicklungen 12 und 14 sowie die Wicklungsaußenisolation 40 gegen Erde aus einem Isoliermaterial hergestellt, das in gleichmäßiger Verteilung spannungsabhängiges Widerstandsmaterial enthält. Wie Versuche bewiesen haben, eignen sich hierzu beispielsweise Teilchen aus Siliziumkarbid ausgezeichnet, da dieser Werkstoff, wie die Leitfähigkeitskurve der F i g. 2 erkennen läßt, bis zu einer bestimmten Spannung stromdurchlässig ist, während er beim Überschreiten dieser Grenzspannung in zunehmendem Maße schnell stromdurchlässig wird. Wichtig ist bei der Herstellung der Isolation, daß die Teilchengröße des Siliziumkarbids möglichst gleich groß ist und daß eine gleichmäßige Verteilung der Teilchen in dem als Binder dienenden Isoliermaterial erfolgt. Als Binder eignen sich die bekannten Epoxyd-, Polyester-, Silikonharze und andere wärmehärtende thermoplastische Massen, deren Erweichungstemperatur über den im zu isolierenden Gerät --vorkommenden höchsten Erwärmungsgraden liegt. Die Isolation kann nach Beimengen der erforderlichen Materialien aus spannungsabhängigen Widerstandsstoffen in Form von Platten, Filmen oder auch als gegossene Isolation Verwendung finden. Vor allem kann man die Wicklungsleiter schon vor ihrer Verarbeitung mit einem Überzug dieser Mischisolation versehen. Auch kann man die übrige Isolation 34 zwischen den Wicklungen und die äußere Wicklungsumhüllung 40 durch Gießen erzeugen.
• Die Eigenschaften der Mischisolation lassen sich durch Verändern des Anteils an spannungsabhängigen Widerstandsmaterialien weitgehend anders gestalten. Dadurch ist es möglich, die Isolation den jeweiligen Betriebsbedingungen anzupassen. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt bei einem Raumanteil der Beimischungsteilchen von 15 bis 20 %. Auch Beimischungen von bis zu 50 Volumprozent ergeben noch brauchbare Ergebnisse. Die Eigenschaften der Mischisolation lassen sich auch durch Verändern der Teilchengröße bzw. durch Verändern der Isolationsstärke variieren. Die Verwendung von Siliziumkarbidteilchen in der Größenordnung von 0,147 bis 0,037 lichte Siebmaschenweite in mm hat sich als brauchbar herausgestellt. Wesentlich ist, daß bei der Mischisolation dafür gesorgt wird, daß die Durchmischung gleichmäßig ausfällt. Dies ist wichtiger als die Einhaltung der Teilchengröße, die allerdings immer so gewählt sein sollen, daß sie von gleicher Größe sind. Bei der Herstellung der Mischisolation geht man von der normalen Betriebsspannung und einem gewissen Zuschlag dazu aus. Dementsprechend wird der Beimischungsgrad gewählt. Bei gleichmäßig mit spannungsabhängigen Widerstandsstoffen durchmischten Isolationen können sich keine Wärmenester, die zur Beschädigung der Geräte führen, ausbilden. Selbstverständlich kann man bei Verwendung von Siliziumkarbidbeimengungen auch deren Teilchen oxydiert verwenden. Bei Überwachung der Temperatur und des Druckes, denen die Siliziumkarbidteilchen ausgesetzt werden, kann ein Siliziumkarbiddioxyd von vorher bestimmter Stärke auf den Teilchen erzeugt werden. Dieses Siliziumdioxyd bildet einen widerstandsfähigen Überzug und kann dazu benutzt werden, die Leitfähigkeitskurve des Siliziumkarbids zu verändern.
• Die Erfindung bringt den Vorteil, daß sie die damit ausgerüsteten Wicklungen gegen auftretende Überspannungen schützt und dadurch eine verstärkte Isolation oder auch zusätzliche überspannungsschutzeinrichtungen entbehrlich macht. Dadurch wird an Kosten und Raum gespart und vor allem der Füllfaktor der Wicklungen beträchtlich verbessert. Weiterhin ist von Vorteil, daß die erfindungsgemäße Isolation keinerlei überwachungs- und Instandsetzungsarbeiten erfordert.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Transformator, Drosselspule oder dergleichen Induktionsgerät mit vorzugsweise mehreren Wicklungen, deren gesamte Isolation, nämlich Leiterisolation, Isolation von Wicklung zu Wicklung und von Wicklung gegen Erde, aus einem festen Isoliermaterial besteht, das bei im Normalbereich herrschenden Spannungen ein vollwertigerlsolatorist, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial zusätzlich leitend dadurch gemacht ist, daß in ihm vorzugsweise gleichmäßig verteilt spannungsabhängige Widerstandsmaterialien eingelagert sind.
2. 2. Transformator, Drosselspule und dergleichen Induktionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliermaterial wärmehärtendes thermoplastisches Material, z. B. Epoxyd-, Polyester-, Silikonharze dienen, denen die spannungsabhängigen Widerstandsmaterialien in Form von kleinen Teilchen, z. B. gleichmäßig verteilten Siliziumkarbidteilchen, beigemischt sind.
3. 3. Transformator, Drosselspule und dergleichen Induktionsgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des spannungsabhängigen Widerstandsmaterials von gleicher Größe sind und daß deren Raumanteil je nach den Betriebsbedingungen und der verwendeten Teilchengröße sowie Dicke der Isolation 15 bis 50 %, vorzugsweise 25 Volumprozent, beträgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 257 219, 257 220, 318 589; Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau«, Jg. 47, H. 23, S. 633 bis 636.