DE19727758A1 - Mehrfachparallelleiter für Wicklungen elektrischer Geräte und Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfachparallelleiter, insbesondere einen Drilleiter, für Wicklungen elektrischer Geräte und Maschinen mit einer Mehrzahl von jeweils einzeln elektrisch isolierten Teilleitern, die gemeinsam mit einer Umwicklung versehen sind.

Elektrische Leiter großen Querschnitts für Wicklungen von elektrischen Geräten und Maschinen, insbesondere von Transformatoren, werden in eine Anzahl voneinander elektrisch isolierter Teilleiter aufgeteilt, die an ihren Enden parallel geschaltet werden. Bei den sogenannten Drilleitern oder Röbelstäben werden einen zumindest annähernd rechteckigen Querschnitt aufweisende, mit einer Isolierlackschicht versehene und aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung davon bestehende Teilleiter zu einem etwa rechteckigen Gesamtquerschnitt zusammengefügt. Um den Einfluß der Stromverdrängung möglichst gering zu halten, wird über die Länge des Drilleiters bzw. Röbelstabes eine sich gegebenenfalls wiederholende Lagevertauschung der Teilleiter im Gesamtquerschnitt des Mehrfachparallelleiters vorgenommen. Zu diesem Zweck werden die Teilleiter mittels eines geeigneten Werkzeuges an vorbestimmten Stellen gekröpft und die Lage der Teilleiter im Mehrfachparallelleiter durch das Kröpfen entsprechend geändert, wobei die Herstellung der Drilleiter im Gegensatz zur Herstellung der Röbelstäbe kontinuierlich erfolgt. Der so erzielte regelmäßige Wechsel der Lage des einzelnen Teilleiters im Querschnitt des Mehrfachparallelleiters hat den Vorteil sehr geringer Wirbelstromverluste. Das Abbiegen oder Kröpfen der Teilleiter erfolgt beispielsweise flachseitig um die Längsachse des Mehrfachparallelleiters herum, wobei die Folge der Teilleiter im Querschnitt des Mehrfachparallelleiters auch über mehrere sich wiederholende Zyklen beibehalten wird.

Das aus den einzeln elektrisch isolierten Teilleitern bestehende Bündel wird üblicherweise mit einer gemeinsamen Umwicklung aus Isolierbändern wie z. B. Papierbändern versehen, die die Teilleiter in der Regel vollständig bedeckt. Dabei hängt die Anzahl von Bandlagen von der jeweiligen Anwendung ab. Grundsätzlich dient die gemeinsame Umwicklung der Teilleiter dazu, den Mehrfachparallelleiter beim Aufspulen auf eine Vorratstrommel, beim Transport sowie beim Abspulen von der Vorratstrommel zusammenzuhalten und vor Beschädigungen zu schützen. Bei hohen Betriebsspannungen von beispielsweise mehr als 20 kV, wie sie insbesondere bei der Verwendung der Mehrfachparallelleiter auf der Hochspannungsseite von Transformatoren vorkommen, dient die Umwicklung der Teilleiter darüber hinaus dazu, die elektrische Isolierung entsprechend der geforderten Spannungsfestigkeit zu verstärken. Bei niedrigeren Spannungen dagegen ist eine solche Verstärkung der elektrischen Isolierung nicht erforderlich.

Bei Transformatoren, aber auch bei anderen elektrischen Geräten und Maschinen führen die auftretenden elektrischen Verluste zu einer erheblichen Erwärmung der für die Wicklungen verwendeten Mehrfachparallelleiter. Es ist daher erforderlich, die Wärme durch ein geeignetes Öl abzuführen. Dabei hängt die Effizienz der Kühlung wesentlich von der Dicke der verwendeten elektrischen Isolierung ab. Eine optimale Kühlung wird dann erreicht, wenn auf eine zusätzliche elektrische Isolierung der Mehrfachparallelleiter vollständig verzichtet wird, sie also frei von irgendeiner Umhüllung gewickelt werden.

Dies kommt aber bei Transformatoren zumindest zur Zeit - wie oben ausgeführt - nur auf der Niederspannungsseite in Betracht. Dazu wird die die Teilleiter des Mehrfachparallelleiters zusammenhaltende Umwicklung unmittelbar vor der Herstellung der Wicklung des elektrischen Geräts bzw. der elektrischen Maschine durch Abwickeln entfernt, was sehr zeit- und arbeitsaufwendig ist.

In der WO 95/30991 ist ein Mehrfachparallelleiter beschrieben, bei dem die Teilleiter mit einem Webband mit einer Maschenweite von mindestens 2 mm umsponnen sind, dessen Schuß- und/oder Kettfäden aus Polyester oder einem aus einem Polyester bestehenden Mischgarn hergestellt sind. Um eine höhere Festigkeit des Mehrfachparallelleiters zu erzielen, kann das Webband zusätzlich mit einem teilvernetzten Epoxidharz vorimprägniert sein.

Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen Mehrfachparallelleiter für Wicklungen elektrischer Geräte und Maschinen zu schaffen, der beim Auf- und Abtrommeln und bei seinem Transport wirkungsvoll vor Beschädigungen geschützt ist und der zudem im Betrieb im gewickelten Zustand eine optimale Kühlung der Wicklung des elektrischen Geräts bzw. der elektrischen Maschine gewährleistet.

Dieses Problem wird durch die Erfindung gelöst, indem unterhalb der Umwicklung zumindest ein in Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters verlaufender Reißfaden angeordnet ist.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die gemeinsame Umwicklung der Teilleiter des Mehrfachparallelleiters unmittelbar vor der Herstellung der Wicklung des elektrischen Geräts bzw. der elektrischen Maschine auf einfache und kostengünstige Art und Weise durch die Verwendung des Reißfadens zum Aufreißen der Umwicklung entfernt werden kann. Während des Auf- und Abtrommelns des Mehrfachparallelleiters auf bzw. von Vorratsspulen und bei seinem Transport werden die Teilleiter durch die bekannte Umwicklung sicher und fest zusammengehalten und eine Beschädigung der Teilleiter und ihrer Isolierlackschichten vermieden. Durch die durch den lediglich zumindest einen zusätzlichen Reißfaden nahezu unveränderte äußere Gestalt des Mehrfachparallelleiters treten keine Schwierigkeiten beim Auf- und Abtrommeln auf. Die Windungen des Mehrfachparallelleiters können auf der Vorratsspule mit kleinem Abstand und kompakt nebeneinander liegen, so daß eine Beschädigung des Mehrfachparallelleiters durch ein Verrutschen und Verkanten auf der Vorratsspule vermieden und eine große Länge auftrommelbar ist. Da der Mehrfachparallelleiter nach dem Herstellen der Wicklung keine zusätzlichen Elemente wie Papierbänder, Webbänder und dergleichen aufweist, sind in der Wicklung des elektrischen Geräts oder der elektrischen Maschine auftretende Teilentladungen zwischen benachbarten Windungen sowie Kühlmittelstaus durch den Kühlkanalquerschnitt versperrende zusätzliche Elemente vermieden. Der erfindungsgemäße Mehrfachparallelleiter ist darüber hinaus einfach und kostengünstig herstellbar, da nur die zusätzliche Anordnung zumindest eines Reißfadens unterhalb der Umwicklung erforderlich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Um einen einen möglichst kleinen Querschnitt aufweisenden Reißfaden verwenden zu können und um zu verhindern, daß die Isolierlackschicht der Teilleiter durch den Reißfaden beim Aufreißen der Umwicklung beschädigt wird, ist es vorteilhaft, wenn der Reißfaden aus einem hochzugfesten Kunststoff wie einem Polyamid oder Polyaramid ausgebildet ist. Dadurch bleibt der Gesamtquerschnitt des Mehrfachparallelleiters nahezu unverändert.

Für eine kostengünstige Herstellung des Mehrfachparallelleiters und für eine einfache Entfernung der gemeinsamen Umwicklung der Teilleiter ist es von Vorteil, wenn die Umwicklung aus zumindest einem Papierband ausgebildet ist. Es ist aber ebenfalls vorteilhaft, die gemeinsame Umwicklung beispielsweise aus zumindest einem Gewebeband und/oder einem aus einem Kunststoff bestehenden Band oder Faden auszubilden.

Von Vorteil ist es, wenn an der Außenseite oder der Innenseite der Umwicklung ein in Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters verlaufendes und mit der Umwicklung verklebtes Halteband angeordnet ist, das das Entfernen der Umwicklung vereinfacht.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die in den Fig. 1 und 2 beispielhaft dargestellten Mehrfachparallelleiter 1, die als Drilleiter insbesondere für die Verwendung in Transformatorenwicklungen ausgebildet sind, haben eine Mehrzahl von flachen, einem annähernd rechteckigen Querschnitt aufweisenden Teilleitern 3, die z. B. in zwei nebeneinander liegenden Stapeln 4 angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Stapeln 4 ein längslaufendes Papierband 5 vorgesehen sein kann, wie in der Fig. 1 dargestellt ist. Jeder der Teilleiter 3 ist mit einer eigenen Isolierlackschicht versehen, die eine ausreichende elektrische Isolierung zwischen den benachbarten Teilleitern 3 sicherstellt. Um die mechanische Festigkeit der elektrischen Isolierung zu verbessern, kann die Isolierlackschicht jedes Teilleiters 3 zusätzlich z. B. mit einem teilvernetzten Epoxydlack überzogen sein. Anstelle einer Isolierlackschicht kann die elektrische Isolierung der Teilleiter 3 auch durch eine Umwicklung mit einer geeigneten Folie, Papier oder ähnlichen Werkstoffen ausgebildet sein. Die Teilleiter 3 sind in vorbestimmten Abständen durch Abbiegen flach gekröpft, so daß sich ihre Lage im Gesamtquerschnitt des Mehrfachparallelleiters 1 in vergleichsweise kurzen Abständen regelmäßig ändert. Die Kröpfungsstellen sind in der Fig. 1 mit 7 bezeichnet.

Über dem so gebildeten verdrillten Bündel von elektrisch isolierten Teilleitern 3 ist eine gemeinsame Umwicklung 9 beispielsweise aus Papierbändern aufgebracht. Die Umwicklung 9 besteht in der Regel aus ein bis fünf Lagen von Papierbändern und überdeckt die Teilleiter 3 vollständig. Eine geringe Anzahl von Lagen vereinfacht dabei das Entfernen der Umwicklung 9. Es ist aber ebenfalls möglich, die gemeinsame Umwicklung 9 der Teilleiter 3 aus anderen faden- oder bandförmigen Materialien wie z. B. Gewebebändern oder aus Kunststoff bestehenden Bändern oder Fäden auszubilden. Abweichend von den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Umwicklung 9 Lücken aufweisen. Denkbar ist es ebenfalls, anstelle der Umwicklung 9 eine geschlossene, z. B. extrudierte Kunststoffhülle vorzusehen.

Um die Umwicklung 9 bei der Herstellung der Wicklungen elektrischer Geräte oder Maschinen, also beim Wickeln der Drilleiter, auf möglichst einfache und kostengünstige Art und Weise entfernen zu können, ist unterhalb der Umwicklung 9 z. B. ein in Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters 1 verlaufender Reißfaden 11 angeordnet, der sich über die gesamte Länge des Mehrfachparallelleiters 1 erstreckt. Zusätzlich kann beispielsweise auf der gegenüberliegenden Seite des Teilleiter-Bündels ein weiterer Reißfaden angeordnet sein. Die Lage des Reißfadens bzw. der Reißfäden 11 unterhalb der Umwicklung 9 kann auch abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen frei gewählt werden. Der Reißfaden 11 gewährleistet, daß sich die die Teilleiter 3 gemeinsam umschließende Umwicklung 9 auf einfache Art und Weise durch Ziehen am Reißfaden entfernen läßt.

Der Reißfaden 11 ist z. B. aus einem hochzugfesten Kunststoff wie einem Polyamid oder Polyaramid ausgebildet. Er kann aber z. B. ebenfalls aus einem mit Glasfasern oder anderen hochzugfesten Fasern verstärkten Kunststoff, aus Hanf oder aus einem anderen hochzugfesten Material ausgebildet sein. Bei der Materialauswahl ist jedoch zu beachten, daß der Reißfaden 11 einen möglichst kleinen Querschnitt aufweist und daß vom Reißfaden keine Gefahr für die Isolierlackschicht der Teilleiter 3 ausgeht.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Außenseite der Umwicklung 9 z. B. ein in Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters 1 verlaufendes, an seiner der Umwicklung 9 zugewandten Seite mit einem Klebemittel versehenes und mit der Umwicklung 9 verklebtes Halteband 13 angeordnet. Das Halteband 13 dient dazu, die einzelnen Bestandteile der Umwicklung 9 nach dem Aufreißen zusammenzuhalten und so das vollständige Entfernen der Umwicklung 9 zu vereinfachen und die Verunreinigung durch lose Bestandteile der Umwicklung zu vermeiden.

Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel ist es von Vorteil, wenn das Halteband 13 dem Reißfaden 11 gegenüberliegt, also an der dem Reißfaden 11 gegenüberliegenden Seite des Mehrfachparallelleiters 1 angeordnet ist.

Das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß das in Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters 1 verlaufende Halteband 13 an der dem Reißfaden 11 gegenüberliegenden Seite des Mehrfachparallelleiters 1 zwischen einem der Teilleiter-Stapel 4 und der Innenseite der Umwicklung 9 angeordnet ist. Das Halteband 13 ist bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel an seiner der Umwicklung 9 zugewandten Seite mit einem Klebemittel versehen. Mittels dieses Klebemittels ist das Halteband 13 mit der Innenseite der Umwicklung 9 verklebt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine feste und sichere Verklebung von Halteband 13 und Umwicklung 9 auf einfache Weise ohne zusätzliche Maßnahmen gewährleistet, da die Bänder der Umwicklung 9 unter Zugspannung stehend um die Teilleiter-Stapel 4 gewickelt und dabei fest an das der Umwicklung zugewandt mit Klebemittel versehene Halteband 13 angelegt und angedrückt werden. Selbstverständlich können Reißfaden 11 und Halteband 13 auch an beliebigen anderen Stellen unterhalb der Umwicklung 9 angeordnet sein. Es ist ebenfalls möglich, mehrere Reißfäden und/oder mit Klebemittel versehene. Haltebänder zu verwenden.

Claims (11)

1. Mehrfachparallelleiter, insbesondere Drilleiter, für Wicklungen elektrischer Geräte und Maschinen mit einer Mehrzahl von jeweils einzeln elektrisch isolierten Teilleitern, die gemeinsam mit einer Umwicklung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Umwicklung (9) zumindest ein in Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters (1) verlaufender Reißfaden (11) angeordnet ist.

2. Mehrfachparallelleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reißfaden (11) aus einem hochzugfesten Kunststoff ausgebildet ist.

3. Mehrfachparallelleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reißfaden (11) aus einem Polyamid ausgebildet ist.

4. Mehrfachparallelleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reißfaden (11) aus Polyaramid ausgebildet ist.

5. Mehrfachparallelleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Umwicklung (9) der Teilleiter (3) aus zumindest einem Papierband ausgebildet ist.

6. Mehrfachparallelleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Umwicklung (9) der Teilleiter (3) aus zumindest einem Gewebeband ausgebildet ist.

7. Mehrfachparallelleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Umwicklung (9) der Teilleiter (3) aus zumindest einem aus einem Kunststoff bestehenden Band oder Faden ausgebildet ist.

8. Mehrfachparallelleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Umwicklung (9) der Teilleiter (3) an ihrer Außenseite zumindest ein in Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters (1) verlaufendes, mit der Umwicklung (9) verklebtes Halteband (13) aufweist.

9. Mehrfachparallelleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Umwicklung (9) der Teilleiter (3) an ihrer Innenseite zumindest ein in Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters (1) verlaufendes, mit der Umwicklung (9) verklebtes Halteband (13) aufweist.

10. Mehrfachparallelleiter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteband (13) an der dem Reißfaden (11) gegenüberliegenden Seite des Mehrfachparallelleiters (1) angeordnet ist.

11. Mehrfachparallelleiter nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteband (13) an seiner der Umwicklung (9) zugewandten Seite mit einem Klebemittel versehen ist.