DE2051883B2 - Wicklung fuer trockentransformatoren und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

5. Wicklung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die eine Lage (3; 9) der Drahtwindungen umgebenden Fadenwickelschichten (2, 4; 8, 10) in einen die gesamte Wicklung axial abstutzenden Ringkörper (5) auslaufen.

6. Wicklung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekernzeichnet, daß zwischen je zwei mit Faden wikkelschichten (2, 4: 8, 10) isolierten Wicklungslagen (3; 9) ein Distanzhalter (7) eingelegt ist. ho

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wicklungen für Trockeniransformatoren mit Drahtwindungen, die von einem noch nicht ausgehärteten Isolierharz, insbesondere Fpoxidharz.

umgeben, lagenweise unter Zwischenlage einer harzgetrankten Fadenwickelschicht auf einen Wickelträger aufgebracht und mit einer Isolierharzschicht abgedeckt werden, wobei das Isolierharz nach dem Aufwickeln aushärtet. Ferner ist die Erfindung auf eine in dieser Weise hergestellte Wicklung gerichtet, wobei durch Aushärten des Isolierharzes nach dem Aufwickeln ein kompakter Wicklungsblock gebildet ist. dessen Drahtlagen sich jeweils zwischen gewickelten Isolationslagen befinden.

Herkömmliche Trockentransformatoren werden fast ausschließlich mit bewickelten Zylindern, Endringen und Distanzleisten gebaut, worauf zur Verfestigung des Aufbaues eine Trankung mit Harzen oder Lacken folgt, die einen gewissen Feuchtigkeitsschutz ergeben. Durch Vergießen mit Epoxidharz konnte der Anwendungsbereich von Transformatoren zu höheren Betriebsspannungen hin erweitert werden. Neben einer von Umwelteinflüssen weitgehend unabhängigen Isolationsfestigkeit erreicht man dadurch kleine Abmessungen und bedingte Kurzschlußfestigkeit Insbesondere bei Transformatoren großer Leistung ist hierfür jedoch ein beachtlicher Aufwand erforderlich, da die thermische Belastung der Isolation keineswegs gering ist und die ^ fertigungstechnische Beherrschung der in einem Stuck Begossenen Wickelkörper mit steigender Leistung immer schwieriger wird. Die zum Gießen benotigten Gießformen sind in Konstruktion und Herstellung aufwendig; darüber hinaus unterliegen sie starken jo Einschränkungen hinsichtlich Auslegung und Typisierung. Bereits ohne Belastung treten außerdem in der Isolation erhebliche innere Spannungen auf, so daß die elektrische Belastbarkeit der Isolation sinkt. Diese inneren Spannungen werden im Betneb durch thermisehe Belastung weiter gesteigert. Dabei macht sich der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient von Gießharz und Kupfer störend bemerkbar. Auen verhalten sich dicke Isolierkörper und Harzansammlungen bezüglich Wärmeleitung und Temperaturdifieren-H) zen ungunstiger als dünne armierte Schichten. Infolge der so entstehenden hohen mechanischen Spannungen kann es zu Rißbiidungen im nichtarmicrten Isolationskörpor und mithin zum Ausfall des Transformators kommen. Diese Gefahr ist besonders groß, wenn das Harz kalt und spröde ist. Sie besteht namentlich im Kurzschlußfall. wenn innerhalb kürzester Zeil eine sehr starke Wärmeentwicklung eintritt.

Um die Gefahr der Rißbildung zu verringern, wurde bereits die Angleichung des thermischen Ausdehnungs- ^; koeffizienten des Gießharzes an den des Kupfers vorgeschlagen. Die Wahl des Harztyps und somit der Eigenschaften des Endproduktes muß jedoch besonders unter dem Gesichtspunkt der Gießtechnologie erfolgen und ist damit auch großen Beschränkungen unterworfen. Ferner wurde der Einbau verformbarer Einlagen, z. B. von Polstern zwischen Wicklung und Gießharzisolation vorgeschlagen. Diese Maßnahmen konnten jedoch das Problem nicht beheben. Insbesondere ließen sich die Dehnungen in axialer Richtung nicht beherrschen, da hier die größte absolute Dehnung auftritt.

Es ist bereits bekannt, Trockenmeßwandler-Spulen unter Tränkung mit erhärtendem Isolierstoff herzustellen (deutsche Patentanmeldung S 2! 206/21gl-02, ausgelegt am 17. 7. 1952). Der vor oder beim Wickeln zugesetzte, gegebenenfalls schon vorgehärtete Isolierstoff mußte jeweils nach Herstellung eines Wicklungsabschnitts ausgehärtet werden, insbesondere lagen- oder lagengruppenwei'e. bevor ein neuer Wirklnnecah.

schnitt aufgebracht werden konnte. Diese umständliche Verarbeitungsweise war notwendig, um einerseits die jeweils auftretende Schrumpfung aufzufangen und einen Kräfteausgleich zu erzielen, andererseits aber auch einen Lagenschluß zu verhindern, wenn sich die Windungen der neuen Lage in diejenigen der alten eindrückten Nachteilig war auch, daß das Schichtmaterial, meist Phenolharz, keine Tränkung zuließ, nur dünne Schichten erlaubte und zusätzlich unerwünschte Stoffe abgab, beispielsweise Wasser, Lösungsmittel u. dgl.

Man ging später zur Entwicklung von im Vakuum hergestellten, mit Quarzmehl gefugten C'eßkörpcrn über. Das Einlegen von Faserstoffbahnen. Folien od dg!. ist aber ebenso wie da^ vorbeschnebene Wickeln auf gehärteten Schichten kaum geeignet, alle Hohlräume auszufüllen. Se'bst teigige, angehartete Isolierstoffe gestatten es nicht, dem Wickelmatenal — das meist aus Rur.d- oder Rechteckdraht besteht — und seinen Konturen zu folgen. Da jede Schicht auf die bereits feste Unterlage aufgeschrumpft wird, steht der gesamte Harzkorper unter inneren mechanischen Spannungen. die zu feinen Rissen in der Umgebung der Drahtoberfiache und somit /u Glimmentladungen fuhren. L.'rniünstig ist nicht nur die Verwendung von vorzugsweise schnell härtenden Isolierstoffen.diegegebenenfalls vorgehartet werden müssen, sondern vor allem die Unterbrechung der Wickelarbeit zur Ofenhärtung. Das abschnittsweise Arbeiten bewirkt eine wesentliche \ erlängerunn des Fertigungsganges mit entsprechender linvv irtsehafilichkeit der Herstellung.

Es !St ferner eine Spule fur Trockentransformator;: bekannt (OE-PS 2 58 406). die bei mäßiger Warme mi dünnflüssigem Gießharz imprägniert wird und eine Manteiumhuliung in Form einer ebentalis imprägnierten Bandage erhalt, welche rasch ausiuinei und aas Windung an W mdung anschließend ede. reicht überlappend gewickeltem Glasfaserbanü besieht, das eine mechanism η ieste .vhichi bildet. Jie als fiüssigkeiisdichtor Abscniiiii Uient, der ein Ausfließen von noch nicht ausgehärtetem Irankharz aus dem Spuleninneren verhindern soil. Zweck der MantelumhiillunL' ist es. oeim Erweicnen des nichtgefüllten Harzes in der Spule wahrend des Ausharteprozesses ein Ablaufen zu verhindern und mithin als Ersatz fur eine äußere Gießform zu dienen. Bei Beanspruchungen im Bei neb des Transformators bietet die schuppenartige Anordnung der Bandage, deren Bänder mit der Breitseite zur Spuleniangsachse stehen, keine große Festigkeit gegen axiale kraf'e. namentlich dann nicht, ν enn das Harz bei höheren Temperaturen erweicht. Da die Spule nur umhüllt is; und der innige Verband mit den inneren Lagen fehlt, die samt Isolationen. Tragzvlindern usw. nur von ungefülltem Harz zusammengehalten werden, bleibt die mechanische und thermische Festigkeit der Wickiung gleich niedrig wie ohne eine solche Mantel· umhüllung. Infolgedessen treten Schwunderscheinungen auf, und in der Wärme sind Formbeständigkeit. Schubmodul und weitere Kenngrößen jeweils gering.

Aufgabe der Erfindung ist es, unier Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik mit einfachen, wirtschaftlichen Mitteln hoch kurzschlußfeste Wicklungen für Trockentransformatoren zu schaffen, wobei die Fertigung insbesondere hinsichtlich Auslegung und Typisierung sowie Wahl der Isoliermaterialien rationalisiert werden soll.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten An isi erfindungsgemäß vorgesehen, daß unter Benutzung ein und desselben, zunächst angelierenden, während des Wickelvorganges noch nassen und erst nach dessen Beendigung durchgehend ausgehärteten Harzes auf den Wickelträger eine Grundisolation in Form einer harzgetränkten Fadenwickelschicht aus Glasseidelaminat oder dergleichen Materia! und im gleichen, fortlaufenden Arbeitsgang wenigstens eine Lage der Drahtwicklung mit Harz-Umhüllung ihrer Windungen und Abdeckung durch eine weitere harzgetränkte Fadenwickelschicht aufgebracht wird.

In dieser Weise erzielt man beachtliche :echnische Vorteile. Es wird nämlich auf ^inen Wickelträger, z. B. auf einen Dorn, eine Grundisolation aus harzgetranktem Glasfasermatenal gewickelt, ir diese bei noch nassem Zustand des Harzes das Leitermaterial und sofort darüber die Decklage. Durch das Naßwickeln werden die einzelnen Leiter eingebettet, umhüllt und abgedeckt. In einem Arbeitsgang wird jede Lage einer mehrlagigen Wicklung (mit oder ohne Kanaldistanzierung) auf gewickelte Isolationsschichten aufgebracht und so eine vollständige, einheitliche Wicklung hergestellt. Es werden nur verhältnismäßig geringe Mengen ein und desselben Harzes benötigt, so daß Schwunderscheinungen nicht auftreten. Auch witd nicht gegossen, vorgetränkt und anschließend bandagiert, wie das nach den bisherigen, getrennten und jeweils speziell vorbereiteten Arbeitsgängen notwendig war. Grundsätzlich wird ι τικ flüssigen Harzen gearbeitet, ohne daß eine Zwischenhartung stattfinde!. Das Ausfließen von Harzen wird durch standiges Drehen des Wickelkörpers ν cmneden. aber auch durch die eingebrachte Fadcnw ikkelschichi. die insbesondere aus Glasseidelaminat besteht und einen sehr hohen Glasgel· alt von beispielsweise etwa 70 bis 80% haben kann, so daß das in den Zwischenräumen vorhandene Harz unter leichter Zugbeanspruchung steht, die von den mechanisch festen Glasfaden ausgeübt wird. Dadurch sind die nachteiligen Auswirkungen des Sehrumpfens ebenso völlig ausgeschlossen wie die Bildung von Rissen, zumal vor allem am Rand, wo keine starre Wicklung eingebettet ist. en: kontinuierlicher Spannungsausgleich Stattfinden kann Die Ausnutzung der Wickelmaschine ist optimal. Der entstehende Verbundkörper besitzt eine homogene Isolierschicht zwischen den Leitern und ist infolge seiner Luftfreiheit geeignet, auch sehr hohen elektrischen Feldstärken ohne weiteres standzuhalten. All dies konnte durch Wickelverfahren der herkömmlichen Art, auch durch Nachtränken gewickelter Teile ohne Verwendung von Gießformen, prinzipiell nicht erreicht werden.

Eine Wicklung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemaß so ausgebildet, da3 die zu einem Schenkel gehörenden Wicklungen mit jeder Drahtlage zwischen Fadenwickelschichten derart eingebettet sind, daß die Drahtkanten sowie -windungen und die Zwischenräume zwischen den Drahtwindungen von dem während des Wickelvorganges noch nassen und sodann durchgehend ausgehärteten Isoliermaterial umschlossen bzw. ausgefüllt sind. Ein solcher Wicklungsbiock widersteht allen Druck-, Zug- und Schubkräften, die entstehen können. Die Wicklung hält sich selbst, d. h. sie muß weder gepreßt noch aDgestützt oder sonstwie durch äußere Verspannungen gehalten werden, wie sie bei bekannten Konstruktionen notwendig waren bzw. sind.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Teils einer Trockentransformator-Wicklung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt eines Teils einer Mehrlagenwicklung eines Trockentransformators nach der Erfindung und

F i g. 3 Längsschnitt- und Vorderansicht der Wicklungen eines Trockentransformators gemäß der Erfindung.

Im Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 1 wird auf einen Wickeldorn 1 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. Die nicht satt aneinander liegenden Drähte drücken sich in die noch nicht harte Schicht des angelierten Harzes ein. Dadurch werden die Kanten der Drähte mit Harz umhüllt, was die elektrische Festigkeit erhöht und Glimmentladungen an den Kanten verhindert. Als Deckisolation wird eine weitere FW-Schicht 4 aufgebracht, wobei wiederum die Drahtkanten von Harz umflossen werden.

Die 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, der die Stoßstromkräfte in axialer Richtung aufnimmt, da er aus Fäden gebildet ist, die fest in der Grundisolation 2 bzw. in der Deckschicht 4 über der gesamten Wicklung verankert sind. Die in den Wickelkopf bzw. 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.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 wird über die Deckisolation 4 der Kupferwicklung 3 als Distanzhalter und zur Erzielung eines Kühlkanals 6 ein entsprechend geformtes, für die Beanspruchung der Wicklung geeignetes Formstück eingelegt. Dieses entweder vorgeformte oder beim Einlegen in die gewünschte Form gebrachte Formstück dient als Distanzhalter 7. Über diesen wird die nächste Grundisolation 8 und

s darauf eine weitere Wicklungslage 9 in bekannter Art gewickelt. Die 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

ίο Erhöhung der elektrischen Festigkeit können zusätzliche Isolationen, z. B. in Form von Bändern, eingewickelt werden. Wenn es die elektrische Beanspruchung erlaubt, ist es auch möglich, ohne Distanzhalter 7 die Kupferwicklungen aufeinanderzuwickeln, die dann nur durch die FW-Isolationslagen 8 bzw. 10 distanziert werden. Auch hier läßt sich eine zusätzliche Isolation einwickeln.

F i g. 3 zeigt, wie durch das Übereinanderwickeln der angelierten Isolationsschichten und der Wicklungslagen unter Einfügen der Distanzhalter 7 ein kompakter, fester Wicklungsblock aus Nieder- und Hochspannungswicklung entsteht. Der Wicklungsblock hat eine hohe Festigkeit gegen mechanische Beanspruchung. Axiale Verschiebungskräfte der Wicklungen untereinander, die als Folge von Kurzschlüssen auftreten können, werden durch die Isolationsschichten aufgenommen. Das ist möglich, weil durch das Wickelverfahren FW-Schichten 2, 4, 8, 10 sowie Distanzhalter 7 und Endringe 5 eine komplette Einheit bilden, die dennoch Kühlkanäle aufweist.

Diese komplette Einheit ist ohne weitere mechanische Bearbeitung einbaufähig. Dadurch wird das Fertigungsverfahren eines Trockentransformators wesentlich vereinfacht. Dies ist ein wichtiger fabrikatorischer Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaues gegenüber im Gießverfahren hergestellten Wicklungen, die auch mechanische Nachbearbeitung erfordern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche

   I. Verfahren zum Herstellen von Wicklungen für Trockentransformatoren mit Drahtwindungen, die von einem noch nicht ausgehärteten Isolierharz, insbesondere Epoxidharz, umgeben, lagenweise unter Zwischenlage einer harzgetränkten Fadenwikkelschicht auf einen Wickelträger aufgebracht und mit einer Jsoüerharzschichi abgedeckt werden, wobei das Isolierharz nach dem Aufwickeln aushärtet, dadurch gekennzeichnet, daß unter Benutzung ein und desselben, zunächst angelierenden, während des Wickelvorganges noch nassen und erst nach dessen Beendigung durchge hend ausgehärteten Harzes auf den Wickelträger eine Grundisolatjon in Form einer harzgetrankttn Fadenwickelschicht aus Glasseidelaminat od. dgl. Material und im gleichen, fortlaufenden Arbeitsgang wenigstens eine Lage der Drahtwickiung mit Harz-Umhüllung ihrer Windungen und Abdeckung durch eine weitere harzgetränkie Fadenw icke! schicht aufgebracht w ird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch ',. dadurch gekennzeichnet daß die beim mitteis besonderer Maßnahmen fur Fadenlauf und Fadenführung IuI;· unc !unkerfreien Aufbringen der Fadenwickeischichter. entstehenden Wickelköpfe jeder Lage unter verankerung ihrer Faden in der Grund- und Deckschicht über der gesamten Wickhing zu einem letztere axial abstutzenden Ringkörner geformt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wahrend des WiCKelns /wischen den Wickellagen jeweils Formstücke und/oder zusätzliche Isolationen m Form vuii Bändern od. dgl. Isoliermittel eingefügt werden.
4. 4. Durch Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3 hergestellte Wicklung für Trockensransfornidtoren mit Drahtwindungen, wobei durch Aushärten des Isolierharzes nach dem Aufwickeln ein kornpjkter Wicklungsblock gebildet ist. dessen Drahtlagen sich jeweils zwischen gewickelten Isolationslagen befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Schenkel gehörenden Wicklungen nut jeder Drahtlage (3.9) zwischen Fadenwickelschichten (2,4:8. 10) ι derart eingebettet sind, daß die Drahtkanten sowie -rundungen und die Zwischenräume /wischen den Drahtwindungen von dem während des Wiokclvorganges noch nassen und sodann durchgehend ausgehärteten Isoliermaterial umschlossen bzw. ν ausgefüllt sind.