DE2251933B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von trockenisolierten Röhrenspulen für Transformatoren, Drosseln oder dergl. Induktionsgeräte mit zwei oder mehr Lagen und Kühlkanälen - Google Patents

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 einzelnen Lagen durch Zwischenstege miteinander kennzeichnet, daß zur Umwicklung der Form- verbunden, wobei es sich um eine Mäanderwicklung kerne für die Luftkanäle isolierende Gewebe- handelt, die ein Teilstück einer zusammengesetzten bahnen aus Glasfasergewebe, Vlies, Baumwolle Gießharzspule bildet. Die zwischen den hier not- oder Kunststoff verwendet werden. wendig vorhandenen drei Wicklungslagen angeord-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 neten Kanäle dienen lediglich zur Kühlung, die Aufkennzeichnet, daß die Röhrenspule im Quer- gäbe des Isolierens mit Blick auf die Stoßspannung schnitt etwa rechteckig, mit stark abgerundeten sollen diese Kanäle nicht übernehmen (DT-AS Kanten ausgebildet wird und zu den Seitenflächen 1 270 167).

parallel verlaufende Luftkanal»- mit abgerundeten NeUtransformatoren mit Öl- oder Askarelfüllung

an tue Stege angrenzender. L'^;ngsflächen vorge- 35 müssen nach den einschlägigen Vorschriften zum

sehen werden. hochspannungsseitigen Anschluß an Freileitungen

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch geeignet sein, weshalb mit atmosphärischen Übergekennzeichnet, daß die Lagenübergänge in einem spannungen gerechnet werden muß. Den verschie- oder mehreren Stegen angeordnet werden. denen Reihenspannungen sind deshalb spezifische

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen 40 Isolationspegel für die Nenn-Ste'^%otoßspannung zuge-Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ordnet worden, und zwar der untere Stoßpegel für die die Enden und/oder Anzapfungen der umgos- volle Stoßspannung und der obere Stoßpegel für die senen Wicklungen in einer Anschlußplatte ver abgeschnittene Stoßspannung.

legt werden. Es ist bekannt, daß die Isolierung der Wicklungen

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 45 bei Transformatoren und Drosseln, welchen eine rens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- Stoßspannung zugeordnet ist, in erster Linie der zeichnet, daß die Formkerne für die Luftkanäle Stoßspannungsbeanspruchung entsprechend ausgelegt (2) eine aus Metall besk.mde glatte Oberfläche werden muß, da sie in den meisten Fällen wesentmit abgerundeten Kanten aufweisen und im Quer- lieh kritischer ist als die Beanspruchung durch die schnitt kreisringförmig sind oder Teile eines 50 netzfrequente Wechselspannung. Wie der Literatur Kreisringes bilder. zu entnehmen ist, erfordert die Einhaltung der Stehstoßspannung in öl- und askarelgefüllten Transformatoren einen beträchtlichen technischen und wirtschaftlichen Aufwand. Die Einhaltung der Nennsteh-

55 Stoßspannung bei trockenisolierten Transformatoren

ist aber mit noch wesentlich größerem Aufwand verbunden, so daß man bei internationalen Vorschriften Trockentransformatoren entweder keine Nennstelistoßspannung oder einen gegenüber Öltransforma-

5ie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur 60 toren wesentlich reduzierten Stoßspannungspegel zurstellung von trockenisolierten Röhrenspulen für geordnet hat. Es ist klar, daß der Isolierstoff Luft msformatoren, Drosseln od. dgl. Induktionsgeräte wesentlich geringere Spannungen aufnehmen kann : zwei oder mehr Lagen, zwischen denen Kühl- als eine vergleichbare Anordnung unter öl. Die läle durch Umgießen von Formkernen angeordnet druckschriftlichen Veröffentlichungen befassen sich i die einzelnen Lagen durch Zwischenstege ver- 65 deshalb nahezu ausschließlich mit Wicklungen und iden sind, wobei als Umgußmasse ein Harz hoher Schirmanordnungen unter öl bzw. Askarel,
ktrischer Festigkeit verwendet und die Wicklung Nun gibt es aber eine ganze Reihe von Verwen-

;inem Gießvorgang vergossen wird. dungszwccken, bei denen öl- bzw. askarelgefüllte

Transformatoren bzw. Drosseln wegen bestimmter Nachteile nur ungern eingesetzt werden, so daß eine trockenJsolierte Anordnung vorzuziehen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Stoßspannungsfeste und Stoßkurzschlußfeste trocken- a isolierte Wicklungen dieser Art so zu verbessern, daß ihnen die gleiche oder eine nur geringfügig herabgesetzte Neonstehstoßspannung wie Öltransformatoren zugeordnet werden kann. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die Spannungsfestigkeit der Luft auch durch Homogenisierung des Feldes nicht wesentlich verbessert werden kann. Gemäß dem Erfindungsgedanken werden daher die auftretenden Spannungsbeanspruchungen durch eine geeignete Anordnung der Wicklung auf ein Minimum herabgesetzt.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, daß vor dem Umgießen die Formkerne mit isolierenden Gewebebahnen eingewickelt werden und daß der jeweilige Abstand zwischen zwei Wickeldrähten oder zwei Einzellagen innerhalb der Einzelspule möglichst klein ist und etwa 0.5 bis 1.0 mm beträgt und der Abstand zwischen zwei Hauptlagen bzw. zwischen Hauptlage und Erde und oder Unterspannung möglichst groß ist, während die Isolierstärke zwischen dem Leitermaterial und dem Luftkanal klein gewählt wird und ein Harz mit großer Dielektrizitätskonstante verwendet wird.

Dadurch ist zunächst die Gefahr wesentlich herabgemindert, daß erhöhte Feldstärken zu Durchsehläsen führen können.

Femer kann hierdurch das Verhältnis

einen

kleinen Zahlenwert erreichen, wodurch die Wicklung fast schwingungsfrei wird. Hierbei ist unter Ce die Kapazität gegen Erde und K die Serienkapazität zwischen zwei Windungen oder zwischen einer Doppellage der Einzelspule zu verstehen. Diese pro Längeneinheit wirkende Kapazität Ce setzt sich aus den Ersatzkapazitäten C_cr bis C_lTn zusammen und ist rechnerisch nur sehr schwer zu erfassen. Es zeigt sich jedoch in überraschender Weise, daß schon Luftabstände von einigen Millimetern und Abstände Λ im festen Dielektrikum von etwa 0.5 mm ein ausgezeichnetes Ergebnis liefern, wie durch Versuche nachgewiesen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die darin besteht, daß die Formkerne eine aus Metall bestehende glatte Oberfläche mit abgerundeten Kanter aufweisen und im Querschnitt kreisringförmig sind oder Teile eines Kreisringes bilden. Durch diese glatte Oberfläche lassen sich die Kerne leichter als bisher aus der Röhrenspule nach dem Aushärten der Gießharzmasse entfernen. Außerdem ist hierdurch die optimale Form der Röhrenspule erreicht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt senkrecht zur Achse auf die Pöhrenspule nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Röhrenspule nach Fig. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstelung mit einem Ersatzschaltplan und den Abständen der Spulenwickluneen bei einer Einzelspulen-Wicklung, F i g. 4 eine Ansicht ähnlich F i g. 3 bei einer Hochkant- oder Flachwicklung,

F i g. 5 ein Spannungs-Diagramm,

F i g. 6 eine schematische Darstellung der abgegriffenen Spannungen und

F i g. 7 eine Ansicht ähnlich F i g. 1, jedoch bei einer abgewandelten Ausführungsform.

F i g. 1 zeigt die fertige Spule, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist, als mehrlagige Röhrenspule mit den geschilderten Eigenschaften. Die Fertigung erfolgt in der Weise, daß zunächst beim Wickeln der Wickeldrähte vier auf ein metallisches glattes Formrohr auch das gewebeartige Füllmaterial wie Kunststoff, Baumwolle, Glasfaden oder Vlies aufgewickelt wird. Hierbei werden die erwähnten metallischen glatten, im Querschnitt kreisringfönnig oder Teile eines Kreisrings bildenden Formkerne mit der Dicke d mit den abgerundeten Längskanten eingewickelt.

Dabei nehmen die Kerne die Lage ein. an denen später die Luftkanäle 2 angeordnet sein sollen. Danach wird die Spule als Gar\;s in einer Gußform zweckmäßigerweise im Vakuum in einem Gießvorgang vergossen. Nach dem Aushärten werden die metallischen Kerne entfernt und hinterlassen eine glatte Oberfläche. Dabei sind die verbleibenden Stege 3 ein homogener Teil der Isolierung und gegen die Luftkanäle 2 abgerundet, so daß keine hohen Tangentialfeldstärken entstehen können. Außerdem verbinden diese Stege 3 die einzelnen Hauptlagen 4 der Wicklung zu einer kompakten RöhrcnspuFe. so daß die gesamte Spule in sehr hohem Maße durch diese Maßnahmen kurzschlußfest ist. Alle innerhalb der Spule auftretenden Kräfte werden vollständig intern aufgenommen, so daß die Abstützung lediglich die zwischen zwei getrennten Wicklungen, z. B. zwischen der Oberspannungs- und der Unterspannungswicklung — falls sich diese innerhalb der Spule befinden — resultierenden Kräfte aufrahmen muß.

Falls alle auf einem Schenkel befindlichen Wicklungen zusammen in einer Röhrenspule mit mehreren Hauptlagen gemäß F i g. 1 vergossen werden, bleibt die Abstützung im Falle eines Kurzschlusses praktisch unbeansprucht. Diese Abstützung wird vorteilhafterweise über dem Steg 3 angebracht.

Derartige Röhrenspulen werden mit großem Vorteil in stoßspannungsfesten und stoßkurzschlußfesten Trockentransformator und'oder Drosseln eingebaut. Sie können aber auch als kurzschlußfeste Luftdrosseln verwendet werden oder in eine Kühlflüssigkeit getaucht werden.

Die Enden der Wicklung oder Teile der Wicklung und/oder Anzapfungen werden gemäß der Erfindung in einer im gleichen Gießvorganj angegossenen Anschlußplatte 6 verlegt und auf Anschluß-Kegel-Stümpfen 5 geführt, siehe auch Fig. 2. Dement sprechend ist die Gießform zu gestalten. Die außei zugänglichen Anschluß-Kegelstümpfe 5 können danr so angeordnet werden, daß das Abschlicßei oder Umklemmen mittels Schaltlaschen 7. siehi Fig. 2, auch bei extremen Umschaltverhältntssei wie z.B. 6000 V + 5 %> auf lOOOOV±5ⁿ/o ode 15 000V±^r;⁹/o auf 20000V±5°/o oder ähnlich völlig unkompliziert ist.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform. b£ der die Spule nicht kreisrund sondern etwa recht eckig mit sehr stark abgerundeten Kanten ausge bildet ist. Dadurch kann man die Form der Kern

für die Luftkanäle (2) wesentlich vereinfachen und verbilligen. Allerdings ist die mechanische Kurzschlußfestigkeit nic'"t ebenso hoch wie bei kreisrunden Wicklungen nach F i g. 1 und 2. Außerdem ist die Herstellung der Wicklung ein wenig umständlicher. Für kleine Leistungen kann sich diese Ausführungsform aber durchaus als vorteilhaft erweisen. Die Bezugszeichen sind hier die gleichen wie in den F i g. 1 und 2.

F i g. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild mit einer Einzelspulenwicklurg. Hierbei ist die Breite der Kühl- und Isolierkanäle mit d bezeichnet. Gemäß der Erfindung soll dieses Maß möglichst groß gewählt werden, um die Feldstärke herabzusetzen. Das führt aber dazu, daß die Isolierstärke s zwischen dem Leitermaterial und dem Luftkanal klein gewählt werden muß, was auch eine bessere Kühlung bewirkt.

Um dennoch die mechanische Festigkeit zu erreichen, wird als Füllmaterial das erwähnte Gewebe verwendet.

Was die Spannung im Inneren der Feststoff isolation betrifft, z. B. die Beanspruchungen zwischen zwei Einzelspulen, so werden diese von der elektrischen Festigkeit des Gießharzes ohne Schwiengkeit aufgenommen. Lediglich die Überleitung von einer Hauptlage in die andere erfordert sorgfältige Verlegung in einem Festdielektrikum hoher elektrischer Güte und ohne in der Nähe befindliche Spitzen, Hohlräume usw.

Gemäß der Erfindung wird der jeweilige Abstand Λ zwischen zwei Wicklungen nach den F i g. 3 oder 4 möglichst klein gewählt, und zwar vorzugsweise etwa 0,5 bis 1 mm. Ferner zeigt sich in überraschender Weise, daß schon Luftabstände d vor einigen Millimetern im Zusammenhang hiermit sehi gute Ergebnisse liefern, wie Fi g. 5 zu entnehmen ist, In den F i g. 3 und 4 sind mit 8 die äußere Hauptlage und mit 9 die innere Hauptlage bezeichnet.

ίο F i g. 5 zeigt, daß die Spannung gegen Erde ir keinem Punkt der Wicklung mehr die angelegte Spannung erreicht, und die höchste Spannung liegt zwischen zwei Einzelpunkten etwa bei 14 °/o der ange· legten Spannung. Im Vergleich dazu sind in F i g. ί

is die Verhältnisse bei einer 250 kVA, 20 KV öltrans· formatoreinrichtung dargestellt, weiche jedoch nui acht Einzelspulen enthält, was aber auf die symptomatische Spannungsverteilung keinen Einfluß hat.
Wie man sieht, zeigt die beschriebene erfindungs

so gemäße Röhrenspule eine verhältnismäßig niedrig! Stoßspannungsbeanspruchung durch die schwingungs freie Wicklungsanordnung. Demgegenüber steht di< geringe Spannungsfestigkeit der Luft, was die Span nung gegen Erde betrifft. In F i g. 6 ist der Span

»5 nungsabgriff dargestellt. Die in F i g. 5 dargestellter Ergebnisse der Vergleichsversuche zeigen somit dii klare Überlegenheit oder mindestens die Gleich Wertigkeit des Erfindungsgegenstandes im Vergleicl zu einer öltransformatorenwicklung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Es ist bereits ein derartiges Verfahren bekannt Patentansprüche: (DT-OS 2117 204), durch das eine möglichst ein fache und billige Wicklung bestehend aus der Hinter-

1. Verfahren zur Herstellung von trockenlso- einanderschaltung mehrerer axial übereiuauderltegenlierten Pvöbrenspulen für Transformatoren, Dros- 5 der Doppelspulen gebildet werden soll. Hierbei beseln od. dgl, Induktionsgeräte mit zwei oder mehr steht jede Doppelspule aus zwei radial übereinander-Lagen, zwischen denen Kühlkanäle durch Um- liegenden Einzelspulen, zwischen denen ein Kühlgießen von Formkernen angeordnet und die eiu- kanal angeordnet ist. Diese Doppelspulen werden nun zelnen Lagen durch Zwischenstege verbunden außerhalb des Gießkörpers miteinander verbunden, sind, wobei als Umgußmasse ein Harz hoher io Eine solche Spule ist von vornherein weniger stoßelektrischer Festigkeit verwendet und die Wick- spannungsfest, weil ein Überschlag an den außerhalb lung in einem Gießvorgang vergossen wird, da- des Gießkörpers befindlichen Verbindungsstellen der durch gekennzeichnet, daß vor dem Einzelspulen antreten kann.

Umgießen die Formkerne mit isolierenden Ge- Es ist auch schon bekannt, zwischen zwei radial webebahnen eingewickelt werden und daß der 15 übereinanderliegenden Wicklungen elektrisch und jeweilige Abstand zwischen zwei Wickeldrähten thermisch leitende Rohre anzuordnen, die ausschließ- oder zwei Einzellagen innerhalb der Einzelspule Hch der Kühlung dienen sollen und im Verband des möglichst klein ist und etwa 0,5 bis 1,0 mm be- Gußstückes verbleiben (DT-Gbm 1 980 288). Hierträgt und der Abstand zwischen zwei Hauptlagen bei spielt aber die elektrische Festigkeit der »Kühlbzw, zwischen Hauptlage und Erde und/oder ao rohre« keine Rolle, weil die elektrische Beanspru-Unterspannung möglichst groß ist, während die chung durch Erden der metallischen Rohre voll Isolierstärke zwischen dem Leitermaterial und innerhalb der Gießharzisolation aufgenommen werdem Luftkanal klein gewählt und ein Harz mit den muß.
großer Dielektrizitätskonstante verwendet wird. Bei einer anderen Wicklungsanordnung sind die