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Verfahren zum Umhüllen einer trapezförmigen Wicklung mit Gießharz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umhüllen einer trapezförmigen, aus mehreren
trapezförmigen Teilwicklungen bestehenden Wicklung für Hochspannungsapparate, z.
B. Spannungswandler, mit Gießharz.
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Die Fertigung von Wicklungen mit relativ starker Isolation aus Gießharz,
wie sie z. B. für Spannungswandler höherer Spannung (z. B. 110 kV) nötig sind, stößt
bei Anwendung der herkömmlichen Konstruktionen und Fertigungsverfahren auf große
Schwierigkeiten. Diese sind vor allem durch die bei der Härtung des Harzes auftretende
Volumenkontraktion bedingt, die sich auch durch Zugabe von Füllstoffen nicht auf
beliebig niedrige Werte reduzieren läßt.
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Als Folge dieser Volumenkontraktion treten insbesondere an den Rändern
der Wicklungen feine, kaum wahrnehmbare Risse in der Isolation auf, die aber die
Festigkeit derselben, insbesondere aber die Hochfrequenzeinsatzspannung wesentlich
beeinflussen.
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Zur Verminderung der infolge der Volumenkontraktion eintretenden Schrumpfspannungen
ist es bekannt, die Wicklungen solcher Hochspannungsapparate, z. B. die Primärwicklung
für Spannungswandler, in mehrere Teilspulen aufzuteilen. Damit werden die räumlichen
Abmessungen der zu umgießenden Spulen verkleinert, was wiederum zu einer Verringerung
der Rißbildung vor allem an den Rändern der Wicklung führt. Die Aufteilung in mehrere
Teilspulen bringt aber auch gleichzeitig eine Verkürzung der Lagenlänge mit sich,
so daß die oft eingetretenen Schwierigkeiten, die eine vollkommene Imprägnierung
der Wicklung verhinderten, überwunden wurden. In jüngster Zeit hat sich aber gezeigt,
daß bei Verwendung von Reinharz mit hoher Viskosität und bei Anwendung von die Lagenisolation
auflockernden Mitteln eine sichere Imprägnierung durchaus erreichbar ist. Aus diesem
Grund bedarf es also der Aufteilung der Wicklung in schmale Häufchen zum Zweck der
Verringerung ihrer baulichen Abmessungen nicht mehr.
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Durch die Aufteilung der Wicklung in Teilspulen wird aber die Größe
des Gießharzkörpers nicht vermindert. Vielmehr tritt, wenn die Teilspulen im Abstand
voneinander angeordnet werden sollen, eine Vergrößerung der baulichen Abmessungen
ein. Dies gilt vor allem dann, wenn die Teilspulen mit wachsendem Durchmesser ausgeführt
werden müssen, um die Spannung zwischen den Teilspulen der Wicklung, die höheres
Potential führen, und dem Kern sicher zu beherrschen. Mit steigenden Abmessungen
des Gießbarzkörpers steigt aber wiederum auch die Neigung zur Rißbildung. Dies gilt
auch dann, wenn der Gießling in zwei Stufen gegossen wird, aber diese Unterteilung
nur eine Beeinflussung der Abmessungen in einer Ebene bringt. Es ist auch bekannt,
die Teilspulen einer Hochspannungswicklung eines Transformators, welche gleichen
Durchmesser besitzen, einzeln zu umgießen und nebeneinander anzuordnen. Bei einer
solchen Anordnung muß aber der Gießkörper jeder einzelnen Spule so ausgelegt sein,
daß er die volle Prüfspannung gegen Erde übernehmen kann. Der Bedarf an Isolierstoffen
ist hier zwangläufig noch größer als bei Ausführungen, bei denen die nebeneinander
angeordneten Teilspulen mit wachsendem Durchmesser hergestellt werden. Aber auch
die Verbindung der Teilspulen macht bei einer .solchen Ausführung erhebliche Aufwendungen
notwendig. Sie erfordern nicht nur einen erheblichen Einsatz an Isolationsmaterial,
sondern bringen auch ein Anwachsen der Abmessungen des Transformators mit sich.
Da die verwendeten Gießharze verhältnismäßig teuer sind, ist eine solche Konstruktion
auch aus ökonomischen Gründen nicht zu vertreten.
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Ferner ist bereits bekannt, einen gießharzisolierten Hochspannungsapparat
aus mehreren getrennt gegossenen Teilen zusammenzusetzen, wenn auf Grund der Form
desselben dieser nicht in einem Guß herstellbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer möglichst
einfachen Konstruktion für eine Hochspannungswicklung mit Gießharzisolation, bei
der höchste Spannungssicherheit und hohe Hochfrequenz-Einsatzspannung bei Anwendung
von verhältnismäßig wenig Isolationsmaterial erreicht wird. Die baulichen Abmessungen
sollen möglichst klein,
der Fertigungsprozeß dagegen trotzdem möglichst
einfach gehalten sein. Er soll auch weitestgehend auf den bekannten Verfahren aufbauen.
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Dabei wird von einer Wicklung mit im wesentlichen trapezförmigem Wickelquerschnitt
ausgegangen, die aus mehreren Teilwicklungen zusammengesetzt ist. Diese Teilwicklungen
bestehen ihrerseits mehreren Lagen mit möglichst kontinuierlich abgestuften Lagenlängen.
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Die Wicklungsdurchmesser der Teilwicklungen sind dabei so bemessen,
daß der kleinste Durchmesser einer Teilwicklung nur wenig größer ist als der größte
Durchmesser der einen benachbarten Teilwicklung und daß der größte Durchmesser der
ersten Teilwicklung nur wenig kleiner ist als der kleinste Durchmesser der anderen
benachbarten Teilwicklung.
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Die Aufgabe wird bei einer solchen Wicklung erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß zuerst die Teilwicklung, und daß der größte Durchmesser der ersten Gießharzschicht
umgossen wird, welche die äußere Mantelfläche und die beiden Stirnflächen dieser
Teilwicklung bedeckt, daß dann diese Teilwicklung mit dem größten Durchmesser und
die in diese eingesetzte Teilwicklung mit dem nächstldeineren Durchmesser mit einer
gemeinsamen Gießharzschicht umgossen werden, welche die Gießharzschicht auf der
Teilwicklung mit dem größten Durchmesser und die beiden Stirnflächen der Teilwicklung
mit dem nächstkleineren Durchmesser bedeckt, und daß, sofern die Wicklung aus mehr
als zwei Teilwicklungen besteht, dieser Verfahrensschritt so oft wiederholt wird,
bis auch die Teilwicklung mit dem kleinsten Durchmesser eingesetzt und auf diese
Weise mit einer Gießharzschicht umgossen ist, wobei jeweils jede neu aufgebrachte
Gießharzschicht die zuvor aufgebrachte Gießharzschicht und die beiden Stirnflächen
der neu eingesetzten Teilwicklung mit dem nächstkleineren Durchmesser bedeckt.
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Es ist nun zwar bereits bekannt, eine Lagenwieklung in mehrere Teilwicklungen
aufzuspalten und jede Teilwicklung mit einer Weichpapierisolation zu versehen. Diese
Anordnung, die zudem die Lösung einer anderen Aufgabe bezweckt, hat aber den Nachteil,
daß zwischen den Teilwicklungen unnötige Isolierschichten entstehen, die die baulichen
Abmessungen der Wicklung vergrößern, An Hand der F i g. 1 bis 6 soll die Erfindung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die F i g. 1 bis 3 zeigen Teilwicklungen
7, 8 und 9, aus denen eine einzige Primärwicklung für einen Spannungswandler besteht.
Sie sind so dimensioniert, daß der Innendurchmesser der Teilwicklung 8 etwas größer
als der Außendurchmesser der Teilwicklung 7 ist. Der Innendurchmesser der Teilwicklung
9 wiederum ist etwas größer als der Außendurchmesser der Teilwicklung B. Die größte
Lagerlänge der Teilwicklung 8 entspricht der kleinsten Lagerlänge der Teilwicklung
7; die kleinste Lagerlänge der Teilwicklung 8 dagegen entspricht der größten der
Teilwicklung 9. Die so dimensiopierten Teilwicklungen lassen sich koaxial anordnen,
so daß jetzt eine einzige Wicklung entsteht, deren Wicklungsquerschnitt trapezförmig
ist.
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In F i g. A. ist die 'Peilwicklung 9 gezeigt, die dort mit einer Schicht
Gießharz 10 umgossen ist, Selbstverständlich wurde die Teilwicklung vorher noch
nach einem der üblichen und bekannten Verfahren imprägniert. Nach dem Aufgießen
der Schicht 10 wurde eine halbleitende oder leitende dünne Schicht 11 aufgebracht,
die am Punkt a mit der Teilwicklung 7 zwecks Zwangssteuerung verbunden ist.
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Die F i g. 5 zeigt die Wicklung, nachdem in die umgossene Teilwicklung
9 die Teilwicklung 8 eingesteckt wurde uo.d znit einer zweiten, Gießharzschicbt
sowohl die Teilwicklung 7 als auch die Teilwicklung 8 verseben ist. Die im zweiten
Guß hergestellte Schicht trägt hier die $ezeichnung 12, der auf ihr aufgebrachte
leitende oder halbleitende Belag, der am Punkt b an die Wicklung angeschlossen ist,
trägt die Bezeichnung 13.
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In F i g. 6 wurde noch die Teilwicklung 7 eingesetzt und diese zusammen
mit den anderen Teilwicklungen 8 und 9 umgossen. Die im dritten Guß entstandene
Gießharzschicht ist mit 14 bezeichnet.
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Wie die F i g. 4. bis 6 zeigen, wird die Hochspannungszuleitung 13
gleichzeitig mit umgossen. Durch Aufbringen des leitenden Belages auf Teile der
Gießharzisolation entsteht eine He rausführung nach Art der bekannten Kondensatordurchführung,
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Wicklung nur in zwei oder aber in mehr
als drei Teilwicklungen aufzugliedern oder die jeder einzelnen Teilwicklung zugeordnete
Isolationsschicht in zwei oder mehreren Gießprozesse n aufzubringen. Auch ist es
denkbar, nur den ersten, den letzten oder abwechselnd jeden zweiten oder dritten
Belag zwangszusteuern.
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Auch wenn die Beläge an kein festes Potential angelegt sind, erscheint
die Anordnung derselben doch voxteilbaft. Ihr Potential wird sich dann auf Grund
der Kapazität zu den nebenliegenden Schichten bzw, zur Wicklung selbst einstellen.
Es wird dann allerdings notwendig sein, die Stärke der Isolationsschichten besonders
zu bemessen, um se eine möglichst gleichmäßige Verteilung der. Spannung zu erreichen.