DE2354087A1

DE2354087A1 - Oelgefuelltes elektrisches geraet und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2354087A1
Application number: DE19732354087
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Hayashi; Kohei Sato
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1973-10-29
Publication date: 1974-05-09
Also published as: CA998765A; FR2204942A1; FR2204942B1; GB1452766A; US3905001A; DE2354087C3; DE2354087B2

Description

Patentanwälte

Dipl. ing. H. LEINWEBER ihpl..ing. H. ZIMMERMANN DIPL.ING. A. Gf. v. WENGERSKY

8 München 2, Rosental 7,

tei.-Adr. Lelnpat München Telefon (089)2603989

Postscheck-Konto: München 220 45-804

den

. OKt. 1973

UnserZeichen ,

Wy/Sm- - POS 32296

MATSUSHITA ELECTBIC IiCDUSTRIAL CO. LTD., Osaka/Japan. · Ölgefülltes elektrisches Gerät und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein ölgefülltes elektrisches Gerät, also auf ein solches, bei dem eine elektrische Vorrichtung in einer gewissen Menge Isolationsöl angeordnet ist, wie das beispielsweise für ölgefüllte Transformatoren, Drosseln oder Kondensatoren gilt* Die'Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen elektrischen Gerätes.

Die elektrischen Instrumente werden in ölisolierte und trockenisolierte Typen unterteilt. Ölisolation ist äußerst wirkungsvoll zur Verhinderung τοη Koronaentladungen und wird so in der Technik weithin verwendet. Diese Art der Isolation erfordert jedoch einen Behälter aus Metall, in den Isolationsöl und elek-/ trische Teile, wie Spulen und Spulenkerne eingebracht werden. Das " Gewicht des Ganzen wird oft so groß, daß das für Transport und Installation ungünstig ist. Überdies ist bei herkömmlichen ölgefüllten elektrischen Geräten.eine große Füllmenge von Isolations-

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öl .erforderlich. Hierfür wird üblicherweise Mineralöl verwendet, das einen niedrigen Entzündungspunkt hat. Kommt es einmal zu einer solchen Entzündung aufgrund eines Unglücksfalles, beispielsweise durch einen Kurzschluß, so führt die größere 01-menge zu einem größeren Feuer.

Es ist zweckmäßig, die elektrischen Teile und das Isolationsöl in einen abgeschlossenen Behälter einzubringen, der ,eine Verschlechterung der Ölqualität verhindert und so eine Ver-■ längerung der Betriebslebensdauer des elektrischen Gerätes '■ sicherstellt. Dicht abgeschlossene Behälter müssen aber Vorkehrungen aufweisen, um Volumenschwankungen des Isolationsöls aufnehmen zu können, die durch Schwankungen der Umgebungstemperatur, in der das elektrische Gerät arbeiten soll, oder durch Temperaturanstieg im Betrieb bedingt sind. Die konstruktive Vorkehrung hierfür wird im folgenden als "Ätraungsmechanismus" bezeichnet werden. Fehlt ein Atniungsmechanisnnis, so wird im dicht abgeschlossenen Behälter ein partielles Vakuum auftreten, wenn sich das Isolationsöl zusammenzieht. Das führt wiederum zur Ausbildung von Blasen im Isolationsöl, durch die hindurch sich Koronaentladungen ausbilden können, die einen dielektrisehen Durchbruch der Isolation darstellen. Dehnt sich andererseits das Isolationsöl aus, so baut sich bei Fehlen eines Atmungsmechanismus im Isolationsöl ein Druck auf, der den geschlossenen Behälter deformiert, bis er schließlich zerstört wird. *

Je größer die Menge von Isolationsöl im abgedichteten Behälter ist, um so größer muß auch der erforderliche Atmungsmechanismus sein. In einem Versuch, die erforderliche Menge zum Ausfüllen des Innenraums eines abgedichteten Behälters zu vermindern, wurde schon vorgeschlagen, im Behälter raumfüllende

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j Elemente vorzusehen. Das erwünschte Ergebnis konnte damit jedoch j nur unvollständig erzielt -werden. ■ . r :.

I Trockenisolation ist -zweckmäßig·, wenn kleine und leicht-'; gewichtige elektrische Geräte, hergestellt, werden sollen. Die

Trockenisolation wirkt jedoch in den elektrischen Instrumenten
¹ der Bildung von Hohlräumen zwischen den elektrischen Teilen,
; wie Leitern nicht entgegen. Derartige Hohlräume führen wieder

leicht zur Ausbildung vonEorpnäentladungenund damit zum di-
[ elektrischen Durchbruch der Isolation. Trockenisolation wird

deshalb in elektrischen Geräten nur dann verwendet, .wenn eine .

erhöhte Betriebslebensdauer von Geräten mit niedriger Betriebs- ^;

spannung erzielt werden soll. j

Die Erfindung zielt auf eine neue und verbesserte Kon- ,

; struktion ölgefüllter elektrischer Geräte ab, bei der Korona- i entladüngen sicher vermieden sind, sowie auf ein Verfahren zum "

^; Herstellen derart verbesserter elektrischer Geräte. i i ■ : '. ■■■■ . -.'^: ...· ■ ■ ι I Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein ölgefülltes j

i elektrisches Instrument vorgesehen,, das einen Innenteil auf- j j weist, der von einer Schicht porösen Materials umgeben ist, die | j ihrerseits von einer undurchlässigen Schicht aus Plastikmaj terial umgeben ist, wobei der Innenteil und die poröse Schicht
; mrt Isolationsöl getränkt.sind und eine sich vom Innenteil
i durch die "Schichten nach außen erstreckende Durchgangsöffnung
ι vorgesehen ist, die eine Einfüllöffnung für das Isolationsöl
; darstellt. " : _; .

'· Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist bei

I einem olgefüllten elektrischen Gerät der Innenteil von einer .
Schicht Plastikmaterial umgeben, dessen zeitabhängige Yiskosi-.

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tätsänderung beim Aushärten Null ist oder einen positiven Wert annimmt, wobei der Innen'teil mit Isolationsöl getränkt ist und eine Durchgangsöffnung sich vom Innenteil durch die Plastikschicht nach außen erstreckt und eine Einfüllöffnung für das Isolationsöl bildet.

Das Verfahren zur Herstellung des ölgefüllten elektrischen Gerätes zeichnet sich dadurch aus, daß das Inneteil mit einem Hohlteil verbunden wird, das zumindest um einen Teilabschnitt des Innenteils und einen Teilabschnitt des Hohlteils eine poröse Schicht ausgebildet wird, daß die poröse Schicht mit einer undurchlässigen Schicht eines unausgehärteten Plastik-f materials abgedeckt wird, daß das Plastikmaterial ausgehärtet wird, und daß Isolationsöl in den Hohlteil eingebracht wird, um den Innenteil mit dem Öl zu tränken.

Schließlich zeichnet sich das Verfahren zum Herstellen eines ölgefüllten elektrischen Gerätes gegebenenfalls auch dadurch aus, daß zunächst der Innenteil mit einem Hohlteil verbunden wird, daß zumindest ein Teil des Innenteils und ein Teil des. Hohlteils mit einer Schicht nicht ausgehärteten Plastikmaterials umgeben werden, dessen zeitabhängige Viskositätsänderung beim Aushärten Mull ist oder einen positiven Wert annimmt, daß das Plastikmaterial ausgehärtet wird, und daß schließlich zum Tränken des Innenteils mit Isolationsöl ein Isolationsöl in den Hohlteil eingebracht wird.

Weitere Einzelheiten» Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigen

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Fig. 1 iro Schnitt einen ÄufriB eines Transformators

gemäß einer Ausfülirungsf orm cfer Erfindung» ^: und ^: , . '■ '

"Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht eines Rücklauf-

transformators gemäß einer anderen Ausführungs- : form der Erfindung. .

Fig. 1 zeigt einen Transformator mit Primär- und Sekundärwicklungen 3. Ein Hohlteil 4 verbindet einen Teil der Wicklungen 3 mit dem Transfqrmitoräußeren. Die Wicklungen und ein Teil der Durchgangsöffnung, für das Ol sind von einer Schult 8 aus isolierendem porösem Material umgeben, das ein zusammengesetztes Material sein kann, das in seinem Inneren feine Durchgänge aufweist, die miteinander in Verbindung stehen und öldurchlässig sindo . ■ _:

Die poröse Schicht 8 kann auf folgende Weise hergestellt· werden: Ein Plastikmaterial, wie ein lösliches Phenol- oder .! Epoxyharz und ein pulverförmiges anorganisches Material, wie gepulvertes CaIciumcarbonat werden im einem !lösungsmittel ge- t mischt,'um eine Lösung der Mischung zu erhalten. Die Wicklungen.! 3 werden vor dem Zusammenbau mit anderen Elementen zu einem Transformator in die lösung getaucht und aus dem Bad wieder ent nommen₉ darait sich das Lösungsmittel auf den Viicklungen verflüchtigen kann» Anschließend werden die Wicklungen auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, um das in der Mischung erhaltene .Plastikmaterial auszuhärteno Die Viicklungen sind sodann mit einer perforierten Schicht, überzogen. ■.

Anschließend werden die Wicklungen mit einem Kern 2 -zusammengebaut. Das Ganze wird dann in ein Gehäuse 1 elngebrachjfc, Die Wioklungeh 3 werden nun mit Anschlußdrähten 5, 10 und 11 verbunäen, die ihrerseits mit Anschlußklemmen 6, 13 und 14 ver-U 3 © 1 a./vö- JiS I■ ·'■ -■ - - :-. ■= O-

bunden werden· Danach wird ein flüssiges. ELastikmaterial, das eine dichte und im wesentlichen undurchlässige Schicht ergibt, in das Gehäuse 1 gegossen. Dabei wird das Gehäuse 1 mit Ausnahme des als Öldurchgangsöffung dienenden Hohlteils 4 zur Gänze mit Plastikmaterial 9 ausgössen. Die Anschlußklemme 6 sitzt oben auf dem als Öldurchgangsöffnung dienenden Hohlteil

4 und ist toit einer Öffnung 7 "versehen, durch die hindurch IsolationsÖl 15 in den Hohlteil 4 und damit in die Wicklungen 3 ' eingegossen wird, so daß die Wicklungen mit 01 getränkt werden. Die Wicklungen können dabei"einem Vakuum ausgesetzt werden, um die Imprägnierung zu 'erleichtern* Die Öffnung 7 wird dann geschlossen und abgedichtet, was durch Verlöten des Anschlußdrahtes

5 mit der Anschlußklemme 6 erfolgen kann. Eine Lötung 12 dient zur Befestigung des Anschlußdrahtes 10 an der Anschlußklemme

Das in den Transformator gegosse IsolationsÖl füllt nicht nur die Hohlräume in den Wicklungen und in der durchbrochenen Schicht 8 aus Plastikmaterial aus, sondern überdies auch jeden Hohlraum, der zwischen der Plastikschicht 9 und der porösen Schicht 8 liegt. Koronaentladungen sind damit wirkungsvoll ausgeschaltet ο . '

Würden im Gegensatz dazu die Wicklungen 3 nicht mit dem; Hohlteil 4 versehen, so daß sie nach dem Imprägnieren mit Iso=· i lationsöl zu einem Transformator zusammengebaut werden müß'ten, ■; so würde das IsolationsÖl während des Zusammenbaus aus den Micklungen ausfließen und nichtgetränkte Teile in den Viicklungeh zurücklassen. Das Ergebnis wäre die Möglichkeit τοπ Koronaent=· ladungen, überdies könnte es hierbei dazu kommen, daß das lationeöl mit dem einzufüllenden Plastikinaterial gemischt würde,.das dann nur unvollständig ausgehärtet werden könnt© eine geringe Adhäsion-an den Anschlußdrahten und Anschluß-

hätte. Die Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1 ist mitdem. 4 098 1.9/03Sf . - 7 -

ehäuse 1,-versehen. Dasj; Gehäuse 1 ist jedoch nicht unbedingt ^!erforderlich^ da auch:die Schicht von Plastikmaterial 9 die '■ Außenoberflache des -Transformators bilden kann.

; .Anstelle der-die poröse Schicht 8 bildenden Mischung kann auch ein anderes Plastikmaterial Verwendung finden, das solche . Eigenschaften hat, daß seine Viskosität beim.Aushärten, nicht sofort abnimmt; sondern zunächst etwas zunimmt. Es handelt sichalso um ein Plastikmaterial mit solchen Eigenschaften, daß die zeitabhängige Viskositätsänderung dess-Plastikmaterials bei dessen Verfestigung immer lull ist oder einen positiven Wert ■hat. Eine .weitere Alternative besteht darin, die Wicklungen "5 einer Tauchbehandlung in unausgehärtetem Harz zu unterziehen, j das nach dem Aushärten eine dreidimensionale Struktur hat. ; Als Beispiel hierfür wird Siliconkautschuk erwähnt, dem zur Ein-, stellung der Viskosität Kieselerde zugesetzt wird, so daß die ! ; Wicklungen mit dem Harz nicht aufgrund von Kapillareffekten ge- j ¹ tränkt werden. Werden die Wicklungen dem unaus gehärtet en Harz i ; entnommen, so bildet die-.Beschichtung der Wicklungen beim Aus- ί I härten dieser Beschichtung eine dichte Schicht. j

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j Wird ein Plastikmaterial verwendet, das Hystereseeigen- j ■ ,schäften derart zeigt, daß die Viskosität des Plastikmaterials j beim Aushärten sofort, sinkt (die Viskosität gewisser Pia st ik-• materialien ,wie der üblicherweise verwendeten Epoxyharze nimmt I beispielsweise beim Aushärten sofort auf 1/1.Q ab und nimmt dann wieder zu), so dringt das Pisstikmaterial aufgrund der verminderten Viskosität des Materials in die Wicklungen 3 selbst dann ein, wenn die Viskosität des. Plastikmaterials anfänglich richtig eingestellt war. Das füh;rt zu dem Nachteil, daß in die WicHingen eingedrungenes Plastikmaterial beim Aushärten erstarrt und beim anschließenden Tränken mit Isolationsöl .dieses

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am Eindringen in die Wicklungen hindert. Dieser Nachteil ist jedoch beseitigt, wenn, wie oben erwähnt, ein Plastikmaterial wie Siliconkautschuk Verwendung findet dessen Viskosität während des Aushärtens nicht absinkt. Das Plastikmaterial dringt in diesem Fall nicht in die Wicklungen ein, während um diese herum Abdeckschichten ausgebildet werden.

Vorzugsweise ist das Füll- Plastikmaterial 9 das gleiche wie das Plastikmaterial der Schicht 8. Das führt nämlich dazu, daß das Plastikmaterial 9 und das Material der Schicht 8 sehr gut miteinander verbunden werden, so daß Spalten vermieden sind,- |die andernfalls entstehen könnten und zur Bildung von Koronaent-i [ladung führen würden. '

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform, die im folgende^ beschrieben werden soll. Die Ausführungsform umfaßt einen Rücklauf transformator, also eine Transformatorart, wie sie in Horizontalablenkkreisen von Fernsehempfängern Verwendung findet, um mit Hilfe von Rücklauf impulsen Hochspannung zu erzeugen. Bei einem RüGklauftransformator bestehen bekanntlich Schwierigkeiten hinsichtlich erhöhter Verluste und Schwankungen des Hochspannungsausganges aufgrund großer Schwankungen der Betriebscharakteristiken des Rücklauf transformator, die wieder durch Schwankungen oder Zunahme der Streukapazitäten bedingt sind, die durch Ablenkung im Metallgehäuse aufgrund von Druckschwankungen des die Leerräume ausfüllenden IsolationsÖls entstehen« Die Druckschwankungen sind ihrerseits eine Folge der Tatsache, daß der Rücklauftransformator durch Rücklaufimpulse hoher Frequenzbetrieben wird. Es ist schon vorgeschlagen worden, das äußere Gehäuse von Rücklauf transfortna tor en aus Plastikmaterialien herzustellen, um so die Schwankungen bzw. die Erhöhung der Streükapazität auszuschließen. Die vorgeschlagenen Plastikgehäuse sinp. jedoch nicht voll zufriedenstellend, da die Gehäuse nicht bieg-

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sam sind und durch den Öldruck im Inneren des Gehäuses leicht zerstört werden können.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird d'eshalb ein Rücklauftransformator mit einem Außengehäuse aus Plastikmaterial versehen und,weist stabile Betriebsbedingungen auf, die keinen Änderungen aufgrund von Schwankungen des Öldruckes unterworfen sind. Der in Fig. 2 gezeigte Rücklauftransformator kann in einem ähnlichen Verfahren hergestellt werden, wie es oben a'nhand von Fig. 1 beschrieben wurde. Er weist ein äußeres Gehäuse 1' aus Plastikmaterial auf. Wicklungen 3 sind in dem Gehäuse angeordnet und stehen an einer Stelle mit einem als Öljdurchgangsöffnung dienenden Hohlteil 4' aus Plastikmaterial in !Verbindung. Die Wicklungen 3 und das Hohlteil 4¹ sind wieder von einer Schicht 8 umgeben, die der Schicht _;8 von Fig. 1 ähnlich ist. Die Wicklungen 3 sind mit einem Kern 2¹ aus Ferrit zu einer Einheit zusammengebaut. Der Raum zwischen dieser Einheit und dem äußeren Gehäuse 1^r ist mit Plastikmaterial 9 gefüllt. Anschlußklemmen 14' sind an der gezeigten Stelle mit den Wicklungen 3 verbunden. Gleichrichter 16 sind in dem als Öldurchgangsöffnung dienenden Hohlteil 4Vangeordnet. Das obere Ende des Hohlteils 4' ist mit einem Balg 17 aus Metall versehen, in dessen oberem Side die Öffnung 7 ausgebildet ist. IscLatiqnsöl 15 wird durch die öffnung 7 eingefüllt und fließt durch das Hohlteil 4'in die Wicklungen 3, wie das in der Figur durch strichlierte Pfeile 18 angedeuetist. Die Qffnung 7 im Balg 17 wird nach dem Füllen mit Isolationsöl verschlossen, worauf der Balg als Anschlußklemme und Atraungsmechanisnnis dient. Weiter ist eine ,Schutzhülle 19 für diese Hochspannungsanschlußklemme vorgesehen und auf die obere Oberfläche des Plastikmaterials 9 aufgesetzt, .u - - ; - - . ".-..." .,.-;.

Die oben erläuterten und gemäß der Darstellung in den Figuren ausgebildeten Ausfüiirungsformen erbringen folgende Vorteiles

1. Da eine Isolierschicht aus Öl zum Verhindern von Koronaentladungen nur in den Wicklungen und um den Teil herum vorgesehen ist, der unter Hochspannung steht, ist nur eine minimale , Menge von Isolationsöl erforderlich, was die Herstellungskosten,! das Gewicht des Ganzen und die Feuergefahr vermindert. ;

2. Da die Wicklungen mit dem Isolationsöl im Wege einer Vakuumimprägnierung getränkt werden, nachdem der Raum zwischen den Wicklungen und dem äußeren Gehäuse mit einem Plastikmaterial gefüllt worden ist, erzielt man eine vollständige Tränkung, bei der keine Hohlräume im Transformator zurückbleiben, die Koronaentladungen verursachen könnten.

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Claims

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;P at e η t an s-p'rüc h e· : ' '

Ölgefüllte elektrische Einrichtung, gekennzeichnet' durch ein Innenteil, eine den Innteil.umgebende und gemeinsam , mit diesem mit Isolationsöl getränkte Schicht porösen Materials, ; eine um die Schicht porösen Materials herum angeordnete unj durchlässige Schicht aus Plastikmaterial und-eine vom Innenteil ί ausgehende und sich durch die Schichten hindurch erstreckende • Durchgangsöffnung, die als Einfüllöffnung für das-Isolations-" ί öl dient« .
2. Ülgefüllte elektrische^:Einrichtung, gekennzeichnet durch einen mit Isolationsöl getränkten Innenteil, eine den Innenteil umgebende Schicht aus Plastikmaterial, dessen zeitabhängige Viskositätsänderung beim Aushärten Null ist oder einen positiven Wert hat, und eine vom Innenteil ausgehende und sich , durch die Plastikschicht hindurch nach außen erstreckende Durch ί gangsöffnung, die als Einfüllöffnung .für das Isolationsöl dient.
3. Ölgefüllte elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in einem Horizontalablenkkreis verwendet ist.
4. Verfahren zum Herstellen der ölgefüllten elektrischen Einrichtung -gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:-Verbinden des Innenteils mit einem Hohlteil, Ausbilden einer Schicht aus porösem Material um zumindest einen Teil des. Innenteils und einen Teil des Hohlteils herum, Abdecker der porösen Schicht mit einer undurchlässigen Schicht unausgehärteten Plastikmaterials, Aushärten des Plastikmaterials, und Einfüllen des Isolationsöles zum Tränken des Innenteils mit diesem Isolationsöl durch den Hohlteil; - ,

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!3. Verfahren zum Herstellen einer ölgefüllten elektrischen Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Verbinden des Innenteils mit einem Hohlteil, Abdecken zumindest eines ;Teils des Innenteils und eines Teils des Hohlteils mit einer Schicht unausgehärteten Plastikmaterials, dessen zeitabhängige Viskositätsänderung beim Aushärten Null "ist oder einen positiven Wert hat, Aushärten des Plastikmaterials, und Einfüllen von Isolationsöl zum Tränken des Innenteils mit diesem Isolationsöl durch den Hohlteil.

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BAD ORIGINAU