-
Verfahren zur Herstellung einer Spule großer radialer Wicklungshöhe
für gießharzisolierte Transformatoren oder Meßwandler und nach diesem Verfahren
hergestellte Spule Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren
zur Herstellung einer Spule großer radialer Wicklungshöhe für gießharzisolierte
Transformatoren oder Meßwandler, insbesondere für hohe und höchste Spannungen, bei
dem die unter Vakuum getrocknete Spule (Trockenvorgang) mit einem dünnflüssigen
Gießharz unter Vakuum- und Druckanwendung imprägniert (Imprägniervorgang) und dann
mit einem gemagerten Gießharz unter Druckanwendung umgossen (Umgießvorgang) wird.
-
Hierbei besteht die Schwierigkeit, die Spule, insbesondere bei hohen
Spannungen, glimmfest herzustellen. Das Glimmen wird durch kleine Hohlräume innerhalb
des Wicklungskörpers verursacht, die unter anderem während der Polymerisation des
Imprägnierharzes zustande kommen. Sie sind verursacht durch das Schrumpfen des Gießharzes
und die zunehmende Zähigkeit des Imprägnierharzes während der Imprägnierung, die
ein Eindringen und Nachdrücken des Gießharzes in die innersten Wicklungslagen erschwert.
Wenn das Gießharz eine solche Polyrnerisationsfestigkeit erreicht hat, daß der im
Innern durch Schrumpfung erforderliche Bedarf an Gießharz nicht mehr nachgeführt
werden kann, entstehen Hohlräume, die beim Betrieb des Wandlers glimmen.
-
Es ist bekannt, dem Imprägnierharz besondere Kanäle zu geben, durch
die dieses leichter in das Innere der Spule fließen kann.
-
Es wurde bereits vorgeschlagen, die in der gewohnten Art unter überdruck
imprägnierte Spule bei noch flüssigem Imprägnierharz mit einem Teil des Ummantelungsharzes
vollständig zu umgeben und auf dieses einen hohen Druck in der Größe von 60 Atm
auszuüben. Dadurch wird das Imprägnierharz auch dann, wenn es schon einen geleeartigen
Zustand besitzt, noch in den Wicklungskörper hineingepreßt; dadurch wird weitgehend
die Entstehung von Hohlräumen innerhalb des Wicklungskörpers ausgeschaltet.
-
Die Anwendung dieses Verfahrens ist aber insofern beschränkt, als
bei zu großer Wicklungshöhe und -größe der zu imprägnierenden Spulen der von außen
auf den Wicklungskörper wirkende Druck nicht mehr ausreicht, um im. Innern entstehende
Hohlräume zusammenzupressen. Außerdem würden eventuelle Verwerfungen, die durch
das Zusammenpressen der Hohlräume im Wicklungsgefüge entstehen könnten, durch die
ganze Wicklungshöhe reichen.
-
Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, der es erlaubt, Spulen
auch großer radialer Wicklungshöhe frei von zum Glimmen neigenden Hohlräumen zu
halten. Das wird dadurch erreicht, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art im Innern der Spulenwicklung ein mit einer gießharzdichten Wandung und einem
Hohlraum versehener Dehnkörper angeordnet ist, der über aus der Spulenwicklung herausragende
Rohrenden beim Trockenvorgang der Spule an das Vakuum angeschlossen wird, daß für
den Imprägniervorgang die Rohrenden zur Aufrechterhaltung des Vakuums im Dehnkörper
dicht verschlossen sind und daß schließlich beim Umgießvorgang das Innere des Dehnkörpers
über dessen nunmehr geöffnete Rohrenden dem gleichen, vorzugsweise durch ein Druckmedium
erzeugten Druck ausgesetzt wird, der auch auf die Umgußmischung einwirkt.
-
Es ist bereits bekannt, bei Wandlern mit unter Vakuum vergossener
Kunstharzummantelung zum Ausgleichen von Längenänderungen Polster anzuwenden, diese
mit einer Abdichtungshaut zu versehen und zur Verhütung eines Aufreißens dieser
Haut den von dieser umschlossenen Raum durch ein Rohr an das Ofenklima anzuschließen.
Die den druckempfindlichen Ringkern gegen den Schrumpfungsdruck des Gießharzes schützende
Bandage der Sekundärwicklung wird zum Schutz des abdichtenden Überzuges mit der
Ofenatmosphäre verbunden. Wie bereits ebenfalls bekannt, werden solche Druckausgleichrohre
aus einem dochtartigen Material hergestellt, das aber für das flüssige Harz undurchlässig
ist. In diesen Fällen handelt es sich jedoch nicht um das Problem, zum Glimmen neigende
Hohlräume bei der Polymerisation des Imprägnierharzes einer Wicklung zu vermeiden.
-
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Dehnkörper zweckmäßig
insbesondere während der
Polymerisation der Umgußmischung zur Abführung
der Reaktionswärme vom Druckmedium durchspült.
-
Das Druckmedium kann nach Beendigung der Polymerisation über die Rohrenden
aus dem Innern des Dehnkörpers durch Preßluft ausgeblasen werden.
-
Die Erfindung hat ferner eine nach dem genannten Verfahren hergestellte
Spule zum Gegenstand, bei der die Hohlräume des Dehnkörpers bei Ausführung der Spule
als Lagenwicklung parallel zu den Wicklungslagen und bei Ausführung als Scheibenwicklung
parallel zu den Scheibenebenen verlaufen.
-
Dabei kann der Dehnkörper aus einem in Windungen gewickelten, vorzugsweise
plattgedrückten Schlauch bestehen, der eine Feststoffeinlage enthält und bei Bedarf
-mittels Durchleiten des Druckmediums aufblähbar ist. Bei Verwendung eines Schlauches
aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material sind die einzelnen
Schlauchwicklungen zweckmäßig gegeneinander durch zwischengelegtes Isoliermaterial
isoliert und wahlweise mit gegenseitiger Überläppung gewickelt. Dabei können zwischen
den Schlauchwindungen und der Spulenwicklung miteinander galvanisch verbundene elektrostatische
Schirme aus leitendem oder halbleitendem Material angeordnet sein, die potentialmäßig
an den benachbarten Wicklungsteil galvanisch angeschlossen oder kapazitiv angekoppelt
sind.
-
In der Zeichnung ist in F i g. 1 und '2 ein Ausführungsbeispiel eines
Dehnkörpers einer erfindungsgemäßen Spule im Querschnitt bei zwei verschiedenen
Zuständen dargestellt, während die F i g. 3 und 4 einen Behälter zerr,- Durchführung
eines Verfahrens nach der Erfindung mit einer eingesetzten Wicklung sowie die zur
Durchführung des Verfahrens erforderlichen Hilfsmittel in einem lotrechten Mittelschnitt
zeigen. -Nach F i g. 1 und -2 wird der Dehnkörper durch: einen plattgedrückten Schlauch
aus einer Kupfer= oder Tombakfolie gebildet. 11 ist die Wandung des Schlauches,
der durch eine Naht 12 verlötet ist. Damit nun einerseits die Lotung nicht
ein Haften der oberen Schlauchseite an der unteren Schlauchseite bewirken kann und
andererseits auch im plattgedrückten Zustand des Schlauches ein in Schlauchrichtung
verlaufender Kanal für das Druckmedium vorhanden ist, enthält der Schlauch eine
Einlage 13, beispielsweise aus Preßspan, welche etwas weniger breit als das Schlauchprofil
ist, so daß sich beispielsweise bei 14 die zum Aufblähen des Schlauches erforderlichen
Kanäle ergeben.
-
F i g. 2 zeigt denselben Schlauch im aufgeblähten Zustand.
-
F i g. 3 zeigt eine Hochspannungsspule im Tränk-bzw. Imprägnierungsbad.
In einen Behälter 15 ist der konische Trägerdorn' 16 eingesetzt, welcher die Wicklung
17 trägt.
-
Die Wicklung 17 enthält in ihrer Mitte eine Lage 18 aus plattgedrücktem
Schlauch, ähnlich F i g. 1 und 2, der unter Zwischenfugen von Isolationsmaterial
halb überlappt gewickelt ist. Unter und über dieser Schlauchlage befindet sich je
eine ebenfalls halb überlappt gewickelte Lage aus Halbleitermaterial 19, und über
bzw. unter dieser Halbleitermateriallage befindet sich Lagenisolationsmaterial,
beispielsweise aus dem gleichen in der" Spule 17 verwendeten Material. Die erste
Windung der plattgewickelten Schlauchlage 18 ist am Anfang zugelötet und
weist eine eingelötete Einführung eines Kapillarrohres 20 aus Kupfer oder Tombak
auf. Die letzte Windung der Schlauchlage 18
ist ebenfalls zugelötet und mit
der Kapillarrohrausleitung 21 verbunden, welche die Spule ebenfalls an der Oberseite
verläßt. Der Behälter 15 ist durch einen Dichtring 22 abgeschlossen mit dem Deckel
23. Der Deckel 23 seinerseits trägt zwei Stutzen 24, an welche ein dehnfähiger zylindrischer
Dom 25, beispielsweise aus Gummi, mittels der Schellen 26 angeschlossen ist. Diese
»Gummi-Dome« 25 sind ihrerseits durch den Deckel 27 und den Schellenverschluß
28 abgeschlossen. Notfalls kann noch eine Verschlußschraube 29 an jedem dieser
Deckel angebracht werden. Der Tränkprozeß der Spule geht nun folgendermaßen vor
sich.
-
Bei abgehobenem Deckel 23 wird der Behälter 15
mit dem
Trägerdorn 16 und der Spule 17 in eine Vakuum-Kammer verbracht. Dabei sind die Schlauchenden
20 durch entsprechenden Verschluß (Lotung, Abquetschung) oder durch eine druckdichte
Kappe zunächst verschlossen. Das Innere der Schlauchlage 18 ist praktisch gasfrei,
was durch den im evakuierten Zustand vorgenommenen Verschluß erreicht wurde. Nunmehr
wird mittels Wärme und Vakuum die Spule 17 getrocknet. Wenn das Vakuum. genügend
lange eingewirkt hat, wird unter Vakuum ein Im-. prägnier-Gießharz-Härtergemisch
in dem Behälter 15 eingelassen, bis die Spule 17 -überspült ist. Nach genügend langer
Einwirkung unter Vakuum wird langsam auf Normaldruck gegangen. Sodann wird unter,
Normaldruck der Behälter 15 mittels der Dichtung 22 und des Deckels 23 verschlossen.
Sodann werden die Gummi-Dome 25 ebenfalls voll Gießharz-Härtergemisch gefüllt und
schließlich die Verschlußschrauben 29 geschlossen. Der gesamte Behälter wird in
eine mit einem Druckmedium, beispielsweise Wärmeübertragungsöl, gefüllte Kammer
eingesetzt, die Kammer geschlossen und nunmehr der Druck. des Wärme-, übertragungs-
und Druckmediums gesteigert bis auf den gewünschten verhältnismäßig hohen Imprägnierungsdruck
von beispielsweise 50 oder 100 oder einige 100 Atm. Nunmehr wird die Spule noch
zusätzlich Harzgemisch aufnehmen, da -sie bei der einfachen Vakuum-Imprägnierung
noch nicht sattgetränkt wurde. Der Vorrat für diese zusätzlichen Gießharzmengen
befindet sich in den Gummi-Domen 25, welche nunmehr durch das Druck- und Wärmeübertragungsmedium
zusammengequetscht werden, so daß also im Innern des Behälters 15 der gleiche Druck
herrscht wie in der Druckkammer. Nachdem der Druck genügend lange eingewirkt hat,
wird er vermindert. Die Druckkammer wird geöffnet, der gesamte Behälter ausgehoben,
der Deckel 23 entfernt und nunmehr, wie in F i g: 4 dargestellt ist, durch den Deckel
30 und den Konusansatz 31 ersetzt. Nunmehr ist der gesamte Imprägnierbehälter an
der Ring-. Fläche 32 offen. Bei dem Übersetzen des Deckels wird das die Spule 17
umgebende Imprägnierharzgemisch ersetzt durch ein Umgußgemisch, welches, beispielsweise
Gießharz, den erforderlichen Härter und Quarzmehl zur Magerung enthält. Der Austausch
des die Spule 17 umgebenden Gießharzgemisches gegen das Umgußgemisch kann durch
»Umtunken« der Spule 17 mit Trägerdornen in einen gleichen Behälter 15, welcher
mit -der erforderlichen Umgußharzmischung gefüllt ist, . erfolgen. Er kann auch
durch »Verdrängen« des Imprägnierharzgemisches im Behälter 15 -durch Füllen des
Behälters 15 von unten her mittels Umgußgemisch erfolgen, wobei das
oben
ablaufende Imprägnierharzgemisch weiterer Verwendung zugeführt werden kann. Diese
Umfüllung nach dem Verdrängungsverfahren beruht darauf, daß ein mit Quarzmehl gemagertes
Umgußgemisch spezifisch wesentlich schwerer ist als ein ungemagertes Imprägnierharzgemisch.
Um sowohl bei dem »Umtunk«-Verfahren wie bei dem »Verdrängungs«-Verfahren Imprägnierharz
zu sparen, ist es auch durchaus möglich, den Zwischenraum zwischen der äußersten
Lage der Spule 17 und der zylindrischen Wandung des Behälters 15 bzw. konischen
Wandung des Behälters 15 während des Tränkungs-und Imprägniervorganges durch entsprechend
geformte Ringsektor-Teile mehr oder weniger vollständig auszufüllen.
-
Am Ende des Umgußvorganges ist jedenfalls der Behälter 15 mit dem
Deckel 30/31 etwa bis dicht unter die obere Kante mit Umgußgemisch gefüllt. Der
so gefüllte Behälter wandert wiederum in die Druckkammer, welche mit dem Druckmedium
bzw. Wärmeübertragungsöl gefüllt ist. Kurz vor dem Untertauchen in das Druckmedium
oder sogar unter dem Spiegel der Druckflüssigkeit werden die Enden der Rohre
20 für das Druckmedium geöffnet, beispielsweise durch Abkneifen der Verschlußstücke.
Sodann wird der Druck in der Druckkammer gesteigert, wobei das Druckmedium in das
Innere der Schlauchlage 18 eindringen kann. Nunmehr erfährt also die Spule 17 den
Druck des Druckmediums sowohl auf seinem inneren Zylinder (Zwischenraum zwischen
Dorn 16 und unterster Lage von 17) als auch auf den zylindrischen und konischen
Außenflächen. Ferner erfährt sie aber auch den Druck von der Schlauchlage 18 her,
welche sich über die Rohrleitungen 20 mit dem Druckmedium füllt und sich daher aufbläht,
sobald innerhalb der Spule 17 durch die eintretende Polymerisations-SchrumpfungHohlräume
aufzutreten drohen. Der verhältnismäßig hoch steigende Druck der Druckkammern wird
so lange aufrechterhalten, bis die Polymerisation und die mit ihr Hand in Hand gehende
Volumenschrumpfung beendet ist.