DE2251933C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von trockenisolierten Röhrensputen für Transformatoren, Drosseln oder dergl. Induktionsgeräte mit zwei oder mehr Lagen und Kühlkanälen - Google Patents

Description

Transformatoren bzw. Drosseln wegen bestimmter Nachteile nur ungern eingesetzt wer Jen, so daß eine trockenisolierte Anordnung vorzuziehen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Stoßspannungsfeste und Stoßkurzschlußfeste trockenisolierte Wicklungen dieser Art so zu verbessern, daß ihnen die gleiche oder eine nur geringfügig herabgesetzte Nennstehstoßspannung wie Öltransformatoren zugeordnet werden kann. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die Spannungsfestigkeit der Luit 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 Wickel- »o drähten oder zwei Einzellagen innerhalb der Einzelspule möglichst klein ist und etwa 0,5 bis 1,0 mm betrügt und der Abstand zwischen zwei Hauptlagen bzw. zwischen Hauptlage und Erde und oder Unterspannung möglichst groß ist, wahrend die isolierstärke zwischen dem Leitermaterial und dem Luftkanal klein gewählt wird und ein Harz nvl großer Dielektrizitätskonstante verwendet wird.

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

Ferner kann hierdurch das Verhältnis

einen

kleinen Zahlenwert erreichen, wodurch die Wicklung fast schwingungsfrei wird. Hierbei ist unter Ci' die Kapazität gegen Erde und K die 'Serienkapazität zwischen zwei Windungen oder zwischen einer Doppellage der Einzelspule zu verstellen. Diese pro Längeneinheit wirkende Kapazität (V setzt, sich aus den Ersatzkapazitäten C_cr bis C₁., η zusammen und ist rechnerisch nur sehr schwer zu erfassen. Es zeigt sich jedoch in überraschender Weise, daß schon Luftabstände von einigen Millimcten. 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 besiehende glatte Oberfläche mit abgerundeten Kanten aufweisen und im Querschnitt kreisringförmig sind oder Teile eines Kreisringes bilden. Durch diese glatte Oberfläche lassen sich die Kerne leichter al-, bisher aus der Röhrenspule nach dem Aushärten der Ciießhar/masse entfernen. Außerdem ist hierdurch die optimale Iuim der Röhrenspule erreicht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ei neben sieh aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsheispiele unter Hinweis auf die /eic!·nung. In dieser zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt senkrecht zur Achse au; ■'.':: kohrenspuie nachtler l^r,rtiti ksii;

l'ii: Z L¹IuC Draufsicht auf die Röhrcnv,-uie nach Γ ig. 1,

F ! ι·. 3 eine 'dumatische Darstelluni; mit einem hisut/schaltplan und den Abständen der Spulenwicklungen hei einer Finzekpiilen-Wiekhmg.

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 bei einer Hochkant- oder Flachwick'.ung,

F i g. 5 ein Spannungs-Diagramm,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der abgegriffenen Spannungen und

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch bei einer abgewandelten Ausfühmngsform.

F i g. 1 zeigt die fertige Spule, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist, a!> mehrlagige Röhrenspule mit den geschilderten Eigenschaften. Die Fertigung erfolgt in der Weise, dall zunächst beim Wickeln der Wickeldrähte 4 auf ein metallisches glattes Formrohr auch das gewebeartige Füllmaterial wie Kunststoff, Baumwolle, Glasfaden oder Vlies aufgewickelt wird. Hierbei werden die er wähnten metallischen glatten, im Querschnitt kreisringförmig 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 solUii. Danach wird die Spule als Ganzes in einer Ciußform zweckmäßigeiweise im Vakuum in einem CÜeßvorgang 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 Tangentialleldstarken entstehen können. Außerdem verbinden diese Stege 3 die einzelnen lUuiptlagen 4 der Wicklung zu einer kompakten Röhrenspule, mi daß die gesamte Spule in sehr hohem Maße diLc'i diese Maßnahmen kurzschlußfest ist. Alle inneihalb der Spule auftretenden Kräfte werden vollständig intern aufgenommen, so daß die Abstützung lediglich die zwischen zwei getrennten Wicklungen. /. B. zwischen der Oberspannungs- und der Untcispauiuiiigswicklung — falls sich diese innerhalb der Spule befinden — resultierenden Kräfte aufnehmen muß.

Falls alle auf einem Schenkel befindlichen Wick lungen zusammen in einer Röhrenspule mit mehreren Hauptlagen gemäß F i g. 1 vergossen werden, bleibt die Abstützung im Falle eines Kurzschlusses pi aktisch unbeanspri'.cht. Diese Abstützung wird vorteilhafterweise über dem Steg 3 angebracht.

Derartige Röhrenspillen werden mit großem Vorteil in stoßspannungsfesten und stoßkurzschlul.Westen Trockentransformatoren 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 Wicklum und oder .Anzapfungen werden gemäß der Erl'uuluiu in einer im gleichen Gieß\organg angegossenen An schlußplatte 6 verlegt und auf Anschluß-Kegel stumpfen 5 geführt, siehe auch Fig. 2. Dement sprechend ist die Gießform zu gestalten. Die außei zugänglichen Anschlul'-keeclstümple 5 können dam so angeordnet werden, daß das Abschließei odei Umklemnien mittel Sch.iHhiM.-hen 7. sieh Fig. 2. auch bei eMrenKii rmschaitv erhähni-^¹ Wu-¹ z.B. u()(Ki\ ■ 5 ■'u auf !0000 V-' 5" ■■ odc 15 UDO V · S " „ au! 20 000 V ' 5 " ■> oder ahnlich völliL unkompliziert ist.

Fig." zeigt eine weitere Ausführungsfoini. bi der die Spul, nicht kreisrund sondern etwa uvh eckig nut sehr -,wirk abgerundeten Kanten aiisgv bildet 1*! Daduich kann man die Form der Ken

für die Luftkanäle (2) wesentlich vereinfachen und verbilligen. Allerdings ist die mechanische Kurzschluüfestigkeit nicht ebenso hoch wie bei kreisrunden Wicklungen nach Fig. 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 Fi g. 1 und 2.

Fig. 3 zeigt ein Ersatzschallbild mit einer Einzclspulenwicklung. 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 Feststoffisolation betrifft, z. B. die Beanspruchungen zwischen zwei Einzelspulen, so werden diese von der elektrischen Festigkeit des Gießharzes ohne Schwierigkeil 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 übcrraschender Weise, daß schon Luftabstände d von einigen Millimetern im Zusammenhang hiermit sehr gute Ergebnisse liefern, wie Fig. 5 zu entnehmen ist. In den Fig. 3 und 4 sind mit 8 die äußere Hauptlage und mit 9 die innere Hauptlage bezeichnet.

ίο F ι g. 5 zeigt, daß die Spannung gegen Erde in keinem Punkt der Wicklung mehr die angelegte Spannung erreicht, und die höchste Spannung liegt zwischen zwei Einzclpunkten etwa bei 14 ⁰Zo der angelegten Spannung. Im Vergleich dazu sind in F i g. 5 die Verhältnisse bei einer 250 WA, 20 KV öltransformatoreinrichtung dargestellt, welche jedoch nur acht Einzelspulen enthält, was aber auf die symptomatische Spannungsverteilung keinen Einfluß hat.
Wie man sieht, zeigt die beschriebene erfindungsgemäße Röhrenspule eine verhältnismäßig niedrige Stoßspannungsbeanspruchung durch die schwingungsfreie Wicklungsanordnung. Demgegenüber steht die geringe Spannungsfestigkeit der Luft, was die Spannung gegen Erde betrifft. In F i g. 6 ist der Spannungsabgriff dargestellt. Die in F i g. 5 dargestellten Ergebnisse der Vergleichsversuche zeigen somit die klare Überlegenheit oder mindestens die Gleichwertigkeit des Erfindungsgegenstandes im Vergleich zu einer öltransformatorenwicklung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 ° Es ist bereits ein derartiges Verfahren bekann Patentansprüche: (DT-OS 2 117 204), durch das eine möglichst ein fache und billige Wicklung bestehend aus der Hinter

1. Verfahren zur Herstellung von trockeniso- einanderschaltung mehrerer axial übereinanderliegen lierten Röhrenspulen Für Transformatoren, Dros- 5 der Doppelspulen gebildet werden soll Hierbei be sein 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 Kühl gießen von Formkernen angeordnet und die ein- kanal angeordnet ist. Diese Doppelspulen werden nu! zelnen Lagen durch Zwischenstege verbunden -außerhalb des Gießkorpers miteinander verbunden sind, wobei als Umgußmasse ein Harz hoher io Eine solche Spule ist von vornherein weniger stoß elektrischer Festigkeit verwendet und die Wick- spannungsfest, weil ein Überschlag an den außerhalt lung in einem Gießvorgang vergossen wird, da- des Gießkörpers befindlichen Verbindungsstellen dei durch gekennzeichnet, daß vor dem Einzelspulen auftreten kann.

Umgießen die Formkerne mit isolierenden Ge- Es ist auch schon bekannt, zwischen zwei radia

webebahnen eingewickelt werden und daß der xs übereinanderliegenden Wicklungen elektrisch um jeweilige Abstand zwischen zwei Wickeldrähten thermisch leitende Rohre anzuordnen, die ausschließ oder zwei Einzellagen innerhalb der Einzelspule lieh der Kühlung dienen sollen und im Verband de: möglichst klein ist und etwa 0,5 bis 1,0 mm be- Gußstückes verbleiben (DT-Gbm 1 980 288). Hier trägt und der Abstand zwischen zwei Ffauptlagen bei spielt aber die elektrische Festigkeit der »Kühl bzw. 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 vo! Isolierstärke zwischen dem Leitermaterial und innerhalb der Gießharzisolation aufgenommen wer dem Luftkanal klein gewählt und ein Harz mit den muß.
großer Dielektrizitätskonstante verwendet wird. Bei einer anderen Wicklungsanordnung sind dii

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- as einzelnen Lagen durch Zwischenstege miteinandei kennzeichnet, daß zur Umwicklung der Form- verbunden, wobei es sich um eine Mäandcrwicklunj: kerne für die Luftkanäle isolierende Gewebe- handelt, die ein Teilstück einer zusammengesetzter 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 Stoßspannunj schnitt etwa rechteckig, mit stark abgerundeten sollen diese Kanäle nicht übernehmen (DT-AS Kanten ausgebildet wird und zu d:n Seitenflächen 1 270 167).

parallel verlaufende Luftkanäle mit abgerundeten Netztransformatoren mit Öl- oder Askarelfüllunj

an die Stege angrenzenden Längsflächen vorge- 35 müssen nach den einschlägigen Vorschriften zun sehen werden. hochspannungsseitigen Anschluß an Freileitunger

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

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen 40 Isolationspegel für die Nenn-Stehstoßspannung züge Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ordnet worden, und zwar der untere Stoßpegel für dii die Enden und/oder Anzapfungen der umgos- volle Stoßspannung und der obere Stoßpegel für dii scnen Wicklungen in einer Anschlußplatte ver- abgeschnittene Stoßspannung.

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

6.. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 45 bei Transformatoren und Drosseln, welchen eint rens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- Stoßspannung zugeordnet ist. in erster Linie de zeichnet, daß die Formkerne für die Luftkanäle Sloßspannungsbeanspruchung entsprechend ausgeleg (2) eine aus Metall bestehende glatte Oberfläche werden muß, da sie in den meisten Fällen wesent mit abgerundeten Kanten aufweisen und im Quer- lieh kritischer ist als die Beanspruchung durch dit schnitt kreisringföimig sind oder Teile eines 50 netzfrequente Wechselspannung. Wie der Literatu Kreisringes bilden. zu entnehmen ist, erfordert die Einhaltung der Steh

Stoßspannung in öl- und askarelgefüllten Transfor matoren einen beträchtlichen technischen und wirt schaftlichen Aufwand. Die Einhaltung der Nennsteh

55 stoßspannung bei trockenisolierten Transformatorei

ist aber mit noch wesentlich größerem Aufwand ver bunden, so daß man bei internationalen Vorschrifter Trockentransformaloren, entweder keine Nennsieh stottspannung oder einen gegenüber öltransforma

Die lirfiiulung bezieht sich auf ein Verfahren zur 60 torcn wesentlich reduzierten Stoßspannungspegel zu Erstellung von trockcnisolicrtcn Röhrenspulen für geordnet hat. Es ist klar., daß der Isolierstoff Luf ansformatoren, Drosseln od. dgl. Induktionsgerät«: wesentlich geringere Spannungen aufnehmen kam it zwei oder mehr Lagen, zwischen denen Kühl- als eiiK- vergleichbare Anordnung unter öl. Dii näle durch Umgießen von Formkeriu'n angeordnet druckschriftlichcn Veröffentlichungen befassen siel id die einzelnen Lagen durch Zwischenstege ver- 65 deshalb nahe/u ausschließlich mit Wicklungen uiu milen sind, wobei als Umgußmasse ein Harz hoher Schirmanordnungen unter Öl h/w. Askarel,
.•klrischer Festigkeit verwende! und die Wicklung Nun giht es aber eine ganze Reihe \on Verweil

einem CiielWorgang vergossen wiril. ilung^/vveeken, bei denen öl- bzw. askarelgel'üllti