DE2051883A1

DE2051883A1 - Trockentransformator

Info

Publication number: DE2051883A1
Application number: DE19702051883
Authority: DE
Inventors: Robert 5790 Bnlon Gu denhagen Venus Erich 5790 Bnlon Wald Ruhlmann
Original assignee: Dominitwerke GmbH
Current assignee: Dominitwerke GmbH
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1970-10-22
Publication date: 1972-04-27
Also published as: DE2051883B2

Description

Trockentransformator Die Erfindung betrifft einen Trockentransformator mit feuchtigkeitsgeschützter Wicklung.
Trockentransformatoren werden fai3t ausschließlich in der allgemein bekannten Bauweise mit bewickelten Zylindern, Endringen und Distanzleisten gebaut. Dieser Aufbau wird zur Verfestigung mit Harzen oder Lacken getränkt, wodurch auch ein gewisser Feuchtigkeitsschutz erreicht wird. In den letzten Jahren ist der mit Epoxydharz vergossene Transformator immer mehr in den Vordergrund gerückt. Durch den Einsatz von Epoxydharz konnte der Anwendungsbereich von Transformatoren zu höheren Betriebsspannungen hin erweitert werden. Außerdem ist die so erzielte Isolationsfestigkeit weitgehend unabhängig gegenüber Umwelteinflüssen, z.B. Feuchtigkeit. Diese und weitere Vorteile, kleine Abmessungen, bedingte Kurzschlußfestigkeit, werden jedoch nur mit großem Aufwand erreicht. Dies gilt insbesondere fur Transformatoren großer Leistung.
Dieser große Aufwand war einer der Gründe, warum der Anwendungsbereich vergossener Wicklungen zunächst auf Transformatoren und Wandler relativ kleiner Leistung beschränkt war. Bei diesen Leistungen spielen Erwärmungsgrade eine untergeordnete Rolle, da die thermische Belastung der Isolation gering ist. Außerdem sind die relativ kleinen vergossenen Wickelkörper auch fertigungstechnisch einfach au bh.rrsch.n und haben keine inneren mechanigchen Spannungen.' , Mit steigender Leistung bringt jedoch die Verwendung vUCi zur Isolation der Wicklungen wachsende Probleme mit sich. Die fertigungstechnische Beherrschung der in einen Stück gegossenen Wikkelkörper wird immer schwieriger. Die zum Gießen benötigten Gießformen erfordern einen hohen Aufwand und darüber hinaus eine starke Einschränkung in Auslegung und Typisierung. Zusätzlich treten in der Isolation bereits ohne Belastung erhebliche innere Spannungen auf und die elektrische Belastbarkeit der Isolation sinkt.
Diese inneren Spannungen werden im Betrieb durch die thermische Belastung weiter gesteigert und der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient von Gießharz und Kupfer macht sich sehr bemerkbar. Auch verhalten sich dicke Isolierkörper und Harzansainnilungen bezüglich Wärmeleitung und Temperaturdifferenzen schlechter als dünne armierte Schichten. Infolge der so entstehenden hohen mechanischen Spannungen kann es zu Rißbildungen im nicht armierten Isolationskörper und somit zum Ausfall des Transformators kommen.
Diese Gefahr ist besonders groß, wenn das Harz kalt und spröde ist und besteht insbesondere im Kurzschlußfall, wenn innerhalb kürzester Zeit eine sehr hohe Wärmeentwicklung eintritt.
Um die Gefahr der Rißbildung zu verringern, wurde bereits die Angleichung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gießharzes an den des Kupfers vorgeschlagen. Die Wahl der Harztype und somit der Eigenschaften des Endproduktes muß jedoch besonders unter dem Gesichtspunkt der Gießtechnologie erfolgen und ist damit auch starken Beschränkungen unterworfen. Weiterhin wurde der Einbau verformbarer Einlagen, z.B. von Polstern zwischen Wicklung- und Gießharzisolation vorgeschlagen.
Die Maßnahmen konnten jedoch das Problem nicht beheben, insbesondere konnten die Dehnungen in axialer Richtung, da hier die größte absolute Dehnung auftritt, nicht beherrscht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Trokkentransforinators mit einer feuchtigkeitsg.achUtat.n Wicklung, die die Vorteile der vergossenen Ausführung voll aufweii zMrU 4 hinsichtlich der Kurzschlußfestigkeit übertrifft, jedoch infolge des Verzichts auf Gießformen eine größere Beweglichkeit in der Auslegung und Typisierung und der Wahl der Harze gestattet.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Lagen der Kupferwicklung zwischen nach dem an sich bekannten Filament-Winding-Verfahren gewickelten Isolåtionsschichten eingebettet sind.
Im folgenden soll anhand der Figuren 1 bis 3 der Gegenstand der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt eines Teils einer feuchtigkeitsgeschützten Wicklung eines Trockentransformators gemäß der vorliegenden Erfindung.
Auf einen Wickeldorn 1 wird nach dem an sich bekannten Fadenwickelverfahren (Filament-Winding) eine Grundisolation 2 aufgebracht.
Nach dem Angelieren des Harzes wird die eigentliche Kupferwicklung 3 auf der Filament-Winding-Schicht (FW-Schicht) aufgewickelt. Da angeliertes Harz noch keine harte Unterlage bildet, drücken sich die nicht satt aneinander liegenden Drähte in die Harzschicht ein.
Die Kanten der Drähte werden dadurch mit Harz umhüllt, was die elektrische Festigkeit erhöht und Glimmentladungen an den Kanten verhindert. In ähnlicher Weise werden die Drahtkanten beim Aufbringen der Deckschicht von Harz umflossen. Als Deckisolation wird wieder eine den Erfordernissen angepaßte FW-Schicht 4 aufgebracht.
Diese FW-Schichten sind z.B. Glasseidelaminatschichten. Durch geeignete Fadenführung werden die beim Wickeln der Grundisolation 2 und der Deckschicht 4 entstehenden FW-Wickelköpfe als Endring 5 ausgebildet, welcher jetzt besonders geeignet ist, die Stoßstromkräfte in axialer Richtung aufzunehmen, da er aus Fäden gebildet wird, die wiederum fest in der Grund- bzw. Deckschicht (2,4) über der gesamten Wicklung verankert sind. Die in den Wickelkopf (Endring 5) einlaufenden Fäden sind nach Anzahl, Querschnitt und Vorschub so bemessen, daß sie diese axialen Kurzschlußkräfte aufnehmen können. Durch besondere Maßnahmen bei Fadenlauf und Fadenführung werden die Isolationsschichten aus Harz/Laminat luft-und lunkerfrei.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer Mehrlagenwicklung eines Trockentransformators gemäß der vorliegenden Erfindung.
Uber die Deckisolation 4 der Kupferwicklung 3 wird als Distanzhalter und zur Erzielung eines Kühlkanals 6 ein entsprechend geformtes, für die Beanspruchung der Wicklung geeignetes Formstück eingelegt. Dieses FormstüCk, das entweder vorgeformt oder beim Einlegen in die gewünschte Form gebracht wird, dient als Distanzhalter 7. Uber diesen Distanzhalter 7 wird die nächste Grundisolati9n 8 und darauf eine weitere Wicklungslage 9 in bekannter Art gewickelt. Diese Wicklung 9 wird wiederum mit einer FW-Decklage 10 versehen. Wenn erforderlich, können hierauf nach einem wie oben beschrieben ausgeführten Distanzhalter 7 weitere Wicklungslagen 9 folgen. Zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit können zusätzliche Isolationen, z.B. in Form von Bändern, eingewickelt werden.
Andererseits ist es möglich, wenn es die elektrische Beanspruchung erlaubt, ohne den Distanzhalter 7 die Kupferwicklungen aufeinanderzuwickeln. Sie werden dann nur durch die FW-Isolationslagen 8, 10 distanziert. Auch hier kann eine zusätzliche Isolation, wie beschrieben, eingewickelt werden.
Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Wicklungen eines Trokkentransformators gemäß der vorliegenden Erfindung.
Durch das Übereinanderwickeln der angelierten Isolationsschichten und der Wicklungslagen in der oben beschriebenen Form, unter Einfügen der Distanzhalter 7 entsteht ein kompakter, fester Wicklungsblock aus Nieder- und Hochspannungswicklung.
Dieser Wicklungsblock erreicht eine hohe Festigkeit gegen jede mechanische Beanspruchung. Besonders die axialen Verschiebungskräf te der Wicklungen untereinander als Folge von Kurzschlüssen wer; den durch die Isolationsschichten aufgenommen. Das ist möglich, weil durch das Wickelverfahren FW-Schichten 2, 4, 8, 1 Distanzhalt er 7 und die Endringe 5 eine komplette Einheit bilden, trotz Vorliegen von Kühlkanälen. Diese komplette Einheit ist ohne weitere mechanische Bearbsitung einbaufähig.
Dadurch wird das Fertigungsverfahren eines Trockentransformators wesentlich vereinfacht; darin liegt ein fabrikatorischer Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaues gegenüber im Gießverfahren hergestellten Wicklungen, die auch mechanische Nachbearbeitung erfordern.
Als Vorteil eines Trockentransformators gemäß der vorliegenden Erfindung sind also im wesentlichen der geringe Fertigungsaufwand einer feuchtigkeitsgeschützten Wicklung und die erhöhte Kurzschlußfestigkeit zu erwähnen.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche Trockentransformator mit feuchtigkeitsgeschützter Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (3, 9) der Kupferwicklung zwischen nach dem an sich bekannten Filament-Winding-Verfahren gewickelten Isolationsschichten (2, 4, 8, 10) eingebettet sind.
2. Trockentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtkanten und Drahtrundungen von den angelierten Isolationsschichten umhüllt sind.
3. Trockentransformator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den Wickeldrähten durch die angelierten Isolationsschichten ausgefüllt sind.

4. Trockentransformator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filament-Winding-Schichten (2, 4, 8, 10) Glasseidelaminatschichten sind.

5. Trockentransformator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkopf von den eine Lage (3, 9) der Kupferwicklung umgebenden Filament-Winding-Schichten als Endring (5) ausgebildet ist.

6. Trockentransformator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Wicklungslagen (3, 9) ein Distanzhalter (7) eingelegt ist.

7. Trockentransformator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Isolationen in Form von Bändern eingewickelt sind.

9. Trockentransformator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gel.ennzeichnet, daß alle die auf einem Schenkel aufgebauten, aus Isolations- und Wicklungslagen zusammengesetzten Wicklungen einen kompakten Wicklungsblock bilden.