DE1514231A1 - Mit duroplastischer Isoliermasse umgossene elektrische Wicklung,insbesondere Hochspannungswicklung fuer Spannungswandler,und Verfahren zur Herstellung einer solchen Wicklung - Google Patents

Description

• Mit duroplastischer Isoliermasse umgassene elektrische Wicklungi insbesondere Hochspannungswicklung für-S-pannu-agswandlerl und Verfahren zur Herstellunß einer solchen Wicklung. Bei der Einbettung von elektrischen Wicklungeng insbesondere Hochspannungswicklungen in irreversibel härtbare Duroplastmassen, wie z.B. Epoxyd- und Polyesterharzmasseng ist maa'bemühtp die Wicklungen so zu imprägnieren und zu umhüllen* daß das Tränk-und Umgaßharz samt der Wicklung einen gemeinsamen Pestkörper bildet, der keine Hohlräume enthält, die zu Teilentladungen (Koronaerscheinungen) führen können. Bekannt ist das sogenannte Zweistufenverfahren'# bei dem das Imprägnieren und das Umgießen in getrennten Arbeitsgängen erfolgt. Lbgesehen davon# daß dieses ZweiBtafenverfahren fertigungstechnisch umständlich ist, bietet es keine ausreichende Sicherheit für eine hählraumfreie Grenzschichtbindung der Draht- und leolierlagenränder der imprägnierten Wicklung mit der in der Regel aus gefülltem oder gestrecktem Gießharz bestehenden Umhüllung. Ähnliche Sohwierigkeiten treten auch bei dem ebenfalls bekannten-Einstufenverfahren aufg bei dem in einem Arbeitsgang entweder die Wicklung zunächst mit dünnflüssigem Tränkharz imprägniert und dieses dan& in steigendem Guß durch das spezifisch schwerere, gefüllte Ungußharz verdrängt wird, oder die Imprägnierung und der Uaguß gleichzeitig unter Verwendung einet sogenannten Tränkgu.Bharzmanse erfolgte Auch bei nach diesen Einstafenverfahreft eingebetteten, insbesondere aus , vielen Wiadungen und lagen bestehenden Wicklungen h&t sich häufig gezeigti daß an den Eiiden der Drahtlagen und/oder zwischen den geschichteten lagenisolationen beim Gieß-, Härtungs- oder Ab- * kühlvorgang Ablösungen eintreten, Spalte und Hohlraumnester entstehent also auch keine einwandfreie Grenzschichtbindung erzielt wird. Es besteht also auch hier die Gefahr» daß Teilentladungen bei Prüf- und Dauerbeauspruchungen auftreten, die sofort oder im laufe der Zeit'zu einer Beschädigung oder Zerstörung des die Wicklung enthaltenden Gießharzkörpers führen können. Aufgabe der Erfindung ist esq eine mit duroplastischer Isoliermasse umgossene elektrische Wicklung" insbesondere Hochspannungswicklung für Spannungswandler zu schaffen, deren Isolation entladungsfrei istg also keine Koronaerscheinungen zeigt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadUrch gelösti daß die Isolation zwisehen den einzelnen lagen der Wicklung aus mit duroplastischem Isolierharz vorimprägniertem Papier besteht" dessen vorzugsweise 20 bis 40 % betragender Harzanteil gehärtet istg daß ferner die um die Wicklung gegossene duroplastische Isoliermaase nach Härtung nur die Randzonen der einzelnen Wicklungslagen und die über diese hervorstehenden lagenisolationsränder hohlraumfrei umhüllt und daß die Spanhung zwischen benachbarten lagen unter Berücksichtigung der Durchschlagsfestigkeit der aus dem vorimprägnierten Papier bestehenden lagenisolation so gewählt istg daß die im Innern der Wicklung vebbleibenden kleinen Hohlräume sich dielektrisch nicht störend bemerkbar macheng oder/und daß diese Hohlräume mit einem unter Uberdruck stehenden Iaöliergas gefüllt sind. Wohl ist es schon#bekanntg für die lagenisolation einzabettender Wicklungen mit duroplastischem IsOlierharz vorimprägniertes Papier zu verwenden, dessen Harzaftteil jedoch nicht gehärtet ist, sondern beim Umgießen der Wicklung flüssig wird und erst beim Umgießen zusammen mit dem Umgußharz gehärtet wird. Wie bei den schon erwähnten Einstufenverfahren ist auch hier eine Hohlraumbildung innerhalb der Wicklung mit Sicherheit nicht vermieden. Ferner ist es auch schon bekannt gewordeng die in Gießharz einzubettende Wicklung so vielfach in in Reihe geschaltete Abschnitte zu unterteileng daß für die auf einen Abschnitt entfallende Spannung etwaige Hohlräume in diesem Abschnitt praktisch unschädlich sindv und die einzelnen Abschnitte durch wenigstens halbleitende Beläge einzuhüllen, die mit den Verbindungeleitungen zwischen den einzelnen Abachnitten verbunden werden. Auf diese Weise will man die schwierige Aufgabeg die Wicklung dielektrisch dicht mit festem'-Isolierstoff zu isolieren, umgehen. Dieses Verfahren ist aber fertigungstechnisch sehr umständlich Und in jeder Beziehung aufwendig. Für die Erfindung wesentlich ist dagegen die Kombination der drei erfindungegemäß vorgeschlagenen Maßnahmen. Die gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung zur Lagenisolation verwendeten vorimprägnierten Papiere, deren Harzänteil die einzelnen getrockneten Papierbahnen kapillar füllt und gehärtet istg besitzen, wie Versuche bestätigt habeng eine Durchschlagefestigkeit wie die gemäß den erwähnten bekannten Verfahren im vollen Wickel imprägnierten und zu Festkörpern gehärteten Isolierstrecken, können sich jedoch wesentlich fester mit dem Ummantelungsharz verankern, da dieses ohne Schwierigkeit in die Randzonen der einzelnen Wicklungslagen eindringen kanng. was bei den bekannten Verfahren wegen des in den Randzonen befindlichen Imprägnierharzes nicht der Fall ist. Besonders vorteilhaft ist da, wenn die Oberfläche der vorimprägnierten Papiere rauh ist und damit fü r das Umgußharz gleicher Rohatoffbaais bindungsfreudig gehalten wird. Dad.urchp daß gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung die um die Wicklung gegossene duroplastische Hüllmasse nach der Härtung nur die Randzonen der einzelnen Drahtlagen und die über diese hervorstehenden lagenisolationsränder hohlraumfrei umgibtp bleibt der Hauptteil des Wicklungeinnern ungefüllt und kann polsternd wirksam sein, so daß Schrumpfdrücke beim Härten und Abkühlen sowie thermisch bed ingte Auadehnungen im Betrieb elastisch aufgenommen und damit Ablösungen oder Risse im Gießharzkörper vermieden werden. Um nun zu verhindernp daß die absichtlich im Hauptteil des Wiaklungsinnern in den Zwickeln zwischen den Wicklungsdrähten und/ oder der lagenisolation und in den Spalten zwischen den vorimprägniertän Papieren verbleibenden kleinen Hohlräume bei hoher elektrischer BeanBpruchung zu Teilentladungen führen, wird gemäß dem dritten Merkmal der Erfindung die Spannung zwischen benachbarten Drahtlagen nur so hoch gewählti daß selbst bei Prüfspannung keine Glimmentladungen auftreten. Die Durchschlagsfestigkeit der lagenisolation liegt dabei weit übef dieser Beanspruchung. Wegeh der bekannten Abhängigkeit der an der Oberfläche von Randwindungen koaxialer Drahtlagen auftretenden Feldstärkenüberhöhung vom Verhältnis lagenisolationadicke zu Drahtdurchmesser bei vorgegebener lagenäpannung erzielt man die*günstigsten Verhältnisse mit dünnen*Lagenisolationen und großen Drahtdurehmeasern für die einzubettenden Wicklungen. Statt die Lagenspannuung wie beschrieben zu erniedrigen oder auch zusätzliäh zu dieser Maßnahme, beispielsweise wenn aus technischen Gründen eine ausreichconde Reduzierung:der lagenspannung undurchführbar ist$ ist en auch möglichi die Hohlräume mit einem unter Überdruck stehenden Isoliergas zu fülleng uin das Auftreten von Teilentladungen im Wicklungs-.inneren zu verhindern. Zahlreiche Versuche haben gezeigt, daß gemäß der Erfindung aufgebaute Hochspannungewicklujigen für Spannuagewandler nicht nur bei Daueebeanspruchung, sondern auch bei der Prüfbean4prachung vollkommen glimmfrei sind, also keine Teilentladungen (Korona-t erscheinungen) zeigen. Durch den Aufbau gemäß der Erfindung wird trotz der Erniedrigung der lagenspannung und der dadurch bedingten Vergrößerung der Anzahl der lagen der Rauinbedarf praktisch nicht größer-als bisherg weil eihmal die lagenisolation entsprechend-dünner gemacht werden kann und zum andern durch die Verwendung der vorimprägnierten Papiere zur lagenisolatioa die Stärke der einzelnen Isolationaschichten noch weiter verringert werden kann. Infolge Wegfalls des Imprägnierprozesses wird die Herstellung der umgossenen Wicklungen gemäß der Erfindung zudem Unvergleichlich einfacher, billiger und in erheblich kürzerer Zeit durchführbar als bei den bisher bekannten und gebräuchlichen Verfahren. Auch insoweit wird also durch die Erfindung ein wesentlicher Fortschritt. erzielt. In der Zeichnung ist schematisch als Ausführungsbeispiel ein Teil äiner gemäß der Erfindung umgossenen Hochspanaungswicklung gij>es Spannungswandlers im Schnitt dargestellt. Mit 11 sind die Draht!-lagen (es sind nur vier gezeichnet) der lagenweise gewickelten Hochepainnungewicklung bezeichnet, üiit-12 die aus-vorimprägniertem Papier hergestellten Isolationazwischenlagen.Das vorzugsweise mit einem Fülletoff oder Füllstoffgemisch gestreckte Umgußharz 13 fülltg Wie die Zeichnung erkennen läßt,-nur die Hohlräume zwischen.den über die Endwindungen der Drahtlagen 11 hervorstehenden lagenisolationerändern und in-den Randzonen der einzelnen Drahtlägen aus* Der mit 14 bezeichnete Bereich ist also hohlraumfrei-von der'Gießharzmasse ausgefülltg während in dem Bereich 1-,5 die beim Wickeln verbleibenden kleinen Hohlräume nicht Mit Gießharz gefüllt-eind.-Um das Auftreten von Teilentladungen zu verhindern# ist die lagenspannung entsprechend reduziert oder/und es sind d ie Hohlräume in dem Bereich 15 mit einem unter Überdruck stehenden Igoliergan gefüllte Die angedeutete Wicklangsachse ist mit 16 bezeichnet.
• Eine entsprechende Reduzierung der lageaopannung ergibt sichg wenn die Wicklung aus zwei oder meht gleichzeitig nebeneinander aufgewickelten Drähteng deren Anfänge und Enden jeweils miteinander verbunden'sind» oder aus einem gesperrt gewickelten Draht oder aus zwei oder mehr in- Richtung der Wicklungsachse nebeneinander liegendeng einander parallelgeschalteten Wicklungsgruppen gleicher Windungszahl mit gemein samer durchgehender lagenisolation besteht. Wohl sind schon Gießharz-Spannungswandler bekannt gewordeng bei denen die Hochspanaungswicklung gesperrt gewickelt istp doh. zwischen den einzelnen Windungen jeder lage zusätzliche Zwischenräume in axialer Richtung eingehalten sind, oder bei denen die Hochspannungewicklung in zwei oder mehr in axialer Richtung nebeneinander liegende Teilspulen unterteilt ist. Hier hat man einen solchen Wicklungeaufbau aus einem ganz anderen Grunde als bei der Erfindung gewählt, nämlich um das Eindringen des dünnflüssigen Gießharzes in das Wicklungeinnere zu erleichtern und.so eine volletändigeg hohlraumfreie]Qurchtränkung der Hochspannungswicklung zu erzielen* Wenn man die verbleibenden Hohlräume im Wicklungeinnern mit einem unter tIberdruck stehenden Isoliergas füllen willg so wird zur Herstellung der Wicklung gemäß der Erfindung.ein Verfahren ange-Wendetg welches darin bestehtg, daß beim Wickelvorgang auf jede Drahtlage ein-Isoliergao abspaltendes Treibmittel aufgebracht Wird und nach Umgießen der Wicklung und Härten des sie gasdicht umhüllenden Gießharzes durch thermische Beanspruchung bis über Anspringtemperatur der Zerfall des Treibmittels ausgelöst wirdg wobei sich die Hohlräume mit dem Isoliergas unter Uberdruck füllen. Geeignete Treibmittel, die möglichst vollständig und erst oberhalb-der Härtungstemperatur der Umgußhülle in Stickstoff oder Kohlendioxyd 'zerfallen, sind beispielawei.se Nitrileg Hydrazide öder Garbonate. Diese Treibmittel werden zweckmäßig in Pulver- oder Körachenform verwendet.Auf Jede Drahtlage wird nach deren Bebtreichen mit einem elektrisch iaölierenden Haftmitteli, z.B-6 einem Isolierlack oder dergl.1, wobei ein hauchdünner Haftmittelfilm entsteht, auf diesen das pulver- oder köruchenförmige Treibmittel in der erforderlichen geringen Menge aufgestreut; danach wird die lagenisolation darüber gewickelt. Die erforderliche Menge an Treibmittel richtet sich nach der Größe des Volumens der Hohlräume Und der gewünschten Druckhöhe des Isoliergasesq das sich nachher, d.h. nach Härtung der Gießharzhülle, aus dem Treibmittel entwickelt. Je nach Höhe des Isoliergasdruckes wird die Teilentladungseinsatzs pannung mehr oder minder stark angehoben. Um zu erreichen, daß beim Umgießen der Wicklung das Gießharz wie beschriebennur in die Randzonen der Wicklung eindringt, wird die Vergußviakosität der Gießharzmasse so eingestelltg daß beim Takuumverguß zumindest die Zwischenräume im Bereich der über die Endwindungen der einzelnen Drahtlagen überstehenden lagenisolationsränder gefüllt werden Und bei der nachfolgenden Belüftung der Gießform durch den dabei entstehenden Druck die Gießharzmasse in die Randzonender Drahtlagen eindringteDie Belüftung darf erst dann erfolgeng wenn die Viskosität der unter Vakuum eingegossenen Gießharzmasse auf Grund der Härtungsreaktion entsprechend angestiegen ist. Dann reicht der Druck beim Beginn der Belüftung nur aUel um die Rändzonen der Drahtlagen mit dem Gießharz zu füllen; die Gießharzmasse kgnn*alao nicht noch weiter ins Wicklungsinnere vordringen. Die eine elektrische Wicklungg insbesondere eine Hochspannungewicklung fÜr Spannungswandler enthaltenden Gießharzisolierkörper erhalten in der Regel einen leitenden Oberflächenbelagg der je nach dem vorliegenden Fall an das Hochspannungspatential oder Erdpotential angeschloäsen wird. Im Rahmen der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe# eine entladungsfreie Isolation zu schaffen, liegt es auch, dafür zu sorgeng daß der leitende Belag nicht womöglich Anlaß zu Entladungserscheinungen gibt. Bei aus Metallfolien bestehenden Belägen bestäht wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten Von Gießharz und Metall die Gefahr" daß Spalte zwischen dem Belag und dem Gießharzkörper auf-

  treten. Belägeg die durch Aufstreichen eines leitlackes oder durch

  Aufbri-.A.gen leitender Bandagen oder metalliechär Gewebe hergestellt

  werLlai-l" h,habe#a den Nachteil einer Verhältnismäßig rauhen$ unebenen

  ode27 Belagflächey so daß örtliche Fäldstärkeüber-

  au2treten können. Diese haben zur Folgej daß bereits

  mit technischen Frequenzen Vorentladungen auf-

  ,;re"5G219 R-nd -*flhren vor allem bei Stoßspannungsbeanspruchung zu

  Du-chschlag. Um diese Nachteile zu vermeiden, wird

  be-' de:c Herstellung der Wicklung gemäß der Erfindung, wenn

  A,--,von einen leitenden Oberflächenbelag aufweisen

  so daß in die Gießform vor dem Verguß an den

  StiplInenc v-ii eeznen der zu gießende Isolierkörper den Belag auf-

  _DOn 00,11, glatte fettfreie Trägerschichtg welche auf

  abgewandten Seite eine im Hochvakuum

  gl#lz##-zend-e Metallechicht aufweistg eingelegt wird,

  danach die on umgießende Wicklung in die Gießform eingebracht

  und mit dem loolierharz umgossen wird, so daß beim Härten die

  auf d:Le aufgedempfte Metallechicht eine innige

  -wit crem Isolierharz eingeht und von ihm ohne Verlust an

  gegebenenfalls unter Äblösung von der Träger-

  #s,c.hicht Schrtunpfen des Gießharzes mitgenommen wird. Als

  Tre-ngez-schicht für das aufzudampfende Metallg vorzugsweise Alu-

  Miniurag -,'#'apfo2 oder Silberg sind Thermoplastfolien oder Isolier-

  papiers geeignet, wie zahlreiche Versuche bestätigt haben. Die

  Trägewoc-bichl# k,=- gegebenenfalls als mechanischer Schutz für

  der- dünnen, Belag außen am Gießharzkörper verbleiben.

Claims (1)

1. P a t e n t a n a p.r ü c h e - - - - - - - - - - - - - - - 10 Mit duroplastischer Isoliermasse umgoBsene elektrische Wicklung, insbesondere Höchspannungewicklung,für Spaanungewandlerg dadurch gekennzeichnety daß die Isolation zwischen den einzelnen lagen der Wicklung aus mit duroplastischem Isolierharz, voriinprägniertem Papier bestehtg dessen vorzugsweise 20 bis 40 % betragender Harzanteil gehärtet istp daß ferner die um die'Wicklung gego'ssene duroplastische Isoliermasse nach Härtung nur die Randzonen der einzelnen Wicklaftgslagen und die Übee diese hervorstehenden lagenisolationgränder hohlraumfrei um- hüllt und daß die Spannung zwischen benachbarten lagen unter Berückeichtigu.ng der Durchschlagsfestigkeit der aus, dem vor- imprägnierten Papier bestehenden lagenisolation zo gewählt ist , daß die im Innern. der Wickluftg verbleibenden Hohlräume sich dielektrisch -nicht störend bemerlt"unr machen. oder/und daß diese Hohlräume mit einem unter Überdruck stehen- den Isoliergas gefüllt sind. 2. Wicklung gemäß Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet,# daß zwecks Herabsetzung der lagenspannung die Wicklung in an sich be- kann-Üer Weise aus'zwei oder mehr gleichzeitig aebeneinander aufgewickelten Drähtent deren Anfänge und Enden Jeweils mili- einander verbunden sind, oder aus einem gesperrt gewickelten Draht oder aus zwei oder mehr in Richtung der Wiükl#mgsachse nebeneinander liegendeng einander parallelgesehalteten Wick- lungsgruppen gleicher Windungszahl mit gemeinseiner durchgehen- der lagenisolation b,#ssteht. 3- Verfahren zur Herstellung einer WIcklung gemäß Anspruch 19 dadurch gekennteichnett daß zur Füllung der Hohlräume im rIck- lungainnern mit einem unter Überdruck stehenden Isoliergas beim Wickelvorgang auf jede Drahtlage ein Isoliergas abspa,1-tendes Treibmittel aufgebracht wird und naöh Umgießen der Wick- lung und Härten des sie gaadicht umhüllenden Gießharzes durch thermisühe Beanspruchung bis über Anspringtemperatur der Zer- fall deo T2eibmittels ausgelöst wirdi wobei sich die Hohlräume mit dem 12nItergas unter Vberdruck füllen, 4o VL"j7faJ2ren zar HarstGlIung einer WiGklung gemäß Anspruch 12 deren rper einen leiter-don Oberflächenbelag auf weLie,-#S- da##airch daß in die. Gießform -""or dem Verguß an de.ni# ema der zu g:,iLeßende Isolierkörper den Belag 0014 Ginc glatte, Trägerschicht, welche auf Seite eine im Hoch- aufweistt einge- zu in die Gießforü,)- 2 inigelb-s-'n h '91-1 tun#eA L#n# Cl. 1,ge, w.*,-i##" .; so daß beim Gjo f2:#,L, fmito dem von ihm I -s urs-ter &blö sung #"ießharzes mitge- von Cci:,# b d #'J J