DE2427474B2 - Metallisches Bauteil für elektrische Maschinen o.dgl. Geräte, insbesondere Transformatoren, und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein metallisches Bauteil für elektrische Maschinen oder dergleichen Geräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf solche Bereiche von Bauteilen oder Elektroden, an denen infolge einer inhomogenen Verteilung des elektrischen Feldes unkontrollierbare hohe elektrische Feldstärken auftreten. Als Bauteile kommen alle Konstruktionsteile und Elektroden für elektrische Maschinen und Geräte in Betracht, die eine hohe Spannung gegen Erde führen, sowie andere spannungsführende Details und geerdete Teile, die sich in der Nähe spannungsführender Teile befinden. Ein Beispiel hierfür sind die in einem Transformator vorkommenden Teile wie der Eisenkern mit den zugehörigen Details, die Schirmringe für die spannungsführenden Teile usw.

Beispielsweise bei der Herstellung von Eisenkernen für Transformatoren weisen die Bleche, aus denen der Transformatorkern geschichtet ist, kleine Unebenheiten und Grate an den Schnittkanten auf. Auch solche Konstruktionsteile, wie Preßträger, Hebeanordnungen und dergleichen können nicht mit völlig glatter Oberfläche hergestellt werden, und auch nach einem normalen Abschleifen bleiben gewisse Unebenheiten bestehen, die normalerweise keine Bedeutung haben. Wenn jedoch in der Nähe eines solchen geerdeten Teiles ein spannungsführendes Teil vorhanden ist, so wird das zwischen dem geerdeten Teil und dem spannungsführenden Teil sich aufbauende elektrische Feld auch durch sehr kleine Unebenheiten auf der Oberfläche der Bauteile sehr stark beeinflußt. Selbst an mikroskopisch kleinen Unebenheiten entstehen Feldstärkespitzen, die das Isoliermaterial, welches das Bauteil umgibt, an diesen Stellen sehr stark beanspruchen, mit der Folge, daß an diesen Stellen ein Glimmen auftritt. Eine solche zunächst unbedeutend erscheinende partielle Entladung dehnt sich schnell aus und gibt schließlich Anlaß zu einem Überschlag durch die Isolierstrecke, z. B. flüssiges öl, zwischen dem geerdeten und dem spannungsführenden metallischen Bauteil.

Aus der CH-PS 113991 ist eine Anordnung zur Herabsetzung der Uberschlagspannung zwischen benachbarten, auf verschiedenem Potential liegenden Konstruktionselementen bekannt, bei der die Teile des einen Elementes gegenüber dem anderen Konstruktionsteil vorgeschoben sind und dann mit einer dick?n Schicht eines Dielektrikums mit hoher Dielektrizitätskonstante umgeben sind. Die aufgetragene Schicht hat überall gleiche Dicke und erstreckt sich über den gesamten vorgeschobenen Teil des Konstruktionselementes. Eine solche Schicht eines Dielektrikums hat den Nachteil, daß sie an allen Stellen eine Dicke aufweist, die durch die Feldstärke an der am höchsten belasteten Stelle bestimmt wird. Dies bedeutet nicht nur einen unnötig hohen Materialverbrauch, sondern führt auch zu einer unerwünschten Verschlechterung der Kühlung der Bauteile.

Aus der US-PS 3662088 ist es bekannt, Anordnungen aus elektrischen Leitern mittels eines elektrostatischen Spritzverfahrens mit einer Isolierschicht zu überziehen. Der Zweck dieser Maßnahme besteht darin, das System aus elektrischen Leitern zu einem einheitlichen Körper zusammenzufügen.

Aus der CH-PS 374 731 ist es bekannt, die Oberfläche von Elektroden, die aus einem elastischen und komprimierbaren Tragkörper und einem darauf angebrachten plastisch verformbaren, elektrisch leitendem Belag besteht, mit einem Mantel aus gehärtetem Gießharz zu überziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die erhöhte Überschlagsgefahr infolge Oberflächenunebenheiten oder an Kanten und Spitzen des Bauteils mit geringem Aufwand und ohne Inkaufnahme sonstiger Nachteile wesentlich herabgesetzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils zu entwickeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 2 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 genannten Merkmale hat.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens ist im Anspruch 3 genannt.

Versuche haben gezeigt, daß, wenn Bauteile, zwischen denen ein elektrisches Feld auftritt, mit einer dünnen Harzschicht belegt werden, dessen Dielektrizitätskonstante höher und vorzugsweise bedeutend höher als die Dielektrizitätskonstante des flüssigen Isoliermittels ist, das Glimmen an der Metalloberfläche praktisch verschwindet. Dabei ist es wesentlich, darauf zu achten, daß die Schicht dünn ist und nur die vorhandenen Unebenheiten auf den Oberflächen gut abdeckt. Weiter ist es wichtig, daß die Oberfläche des aufgetragenen Harzes keine scharfen Ecken und Kanten hat.

Elektrostatisches Spritzmalen als solches ist bekannt, jedoch ist dieses Verfahren bisher nicht dazu verwendet worden, das Vermögen von Elektroden, kräftigen elektrischen Feldern in elektrischen Geräten standzuhalten, zu verstärken. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nutzt man die Eigenschaft aus, daß sich das aufgetragene Material vor allem dort ansammelt, wo die elektrische Feldstärke am größten ist, d. h. dort, wo die kräftigste Isolation erforderlich ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren paßt sich die Dicke der aufgetragenen Harzschicht räumlich den im Betrieb auftretenden variierenden Feldstärken an der Oberfläche des Bauteils genau an. Es wird einerseits nirgends Material unnötig aufgetragen und andererseits sichergestellt, daß keine kritische Stelle beim Auftragen übersehen wird. Zugleich wird jede unnötige Verschlechterung der Wärmeabfuhr der Bauteile vermieden.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 die scharfe Ecke eines metallischen Konstruktionsteils, das mit einer Isolierschicht gemäß der Erfindung belegt ist,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch einen ringförmigen (torischen) Schirmring,

Fig. 3 eine Ansicht des Schirmringes gemäß Fig. 2 von oben,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine Zeit-Temperaturkurve für die Aufbringung eines Belags gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine scharfe Ecke an einem metallischen Konstruktkmsteil 1 eines elektrischen Geräts. Es kann sich beispielsweise um einen Eisenkern in einem Transformator handeln. Beim Schneiden von Transformatorblech entstehen immer Grate, und an den Ecken des Eisenkernes begründen diese Grate in besonders hohem Maße die Gefahr des Auftretens elektrischen Glimmens. Um ein Glimmen zu vermeiden und die elektrische Festigkeit zu verstärken, wird eine Isolierschicht 2 durch elektrostatisches Spritzen eines Harzpulvers oder einer Harzlösung aufgetragen. Aufgrund der erhöhten Feldstärke an der Ecke 3 wird sich hier ein besonders dicker Belag bilden. Man erhält also einen Belag, dessen Dicke der Größe der auftretenden Feldstärke und damit der Gefahr eines Überschlages zwischen dem Konstruktionsteil und einem in seiner Nähe befindlichen spannungsführenden Teil angepaßt ist.

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt H-II durch einen ringförmigen Schirmring 4, der an demjenigen Ende einer Transformatordurchführung angeordnet ist, das sich im öl in einem Transformatorgehäuse befindet. Das untere Ende der Durchführung ist bei S angedeutet. Der Schirmring wird von der Durchführung mittels einer Verstrebung 6 getragen. Fig. 3 zeigt den Schirmring von oben. Solche Schirmringe sind aus einem dünnen Material hergestellt, und an den Kanten 7 wird die Feldstärke daher hoch mit daraus entstehender Glimmgefahr. Fig. 4 zeigt eine Vergrößerung eines Schnittes IV durch die Kante 7, nachdem der Schirmring entsprechend der Erfindung behandelt wurde. Die Figur zeigt, daß die genannte Kante mit einer Schicht 8 aus Isoliermaterial belegt ist, wodurch die sonst scharfe Kante einen bedeutend höheren Krümmungsradius erhält. Glimm- und Überschlagsgefahr an der Kante werden dadurch wesentlich herabgesetzt.

Die Behandlung mit Harz gemäß der Erfindung hat zur Folge, daß alle scharfen Kanten eine gleichmäßige Rundung mit definiertem Radius bekommen. Dadurch wird die Feldstärke gesenkt und die Glimm- und Überschlagsgefahr herabgesetzt.

Damit das Pulver haften bleibt und gleichmäßig verteilt wird, wird das bespritzte Bauteil auf eine Temperatur vorgewärmt, die höher liegt als der Schmelzpunkt des Pulvers. Fig. 5 zeigt die Zeit-Temperaturkurve während eines Verlaufs für das Belegen eines Objekts. Der gerade Teil 10 zeigt die Temperatur, die das Teil vor Beginn des Spritzens hat. Bei 11 ist das Teil aus dem Wärmeofen herausgenommen, und das Spritzen beginnt. Während des Intervalls, in dem das Spritzen durchgeführt wird, sinkt die Temperatur, wie der abfallende Kurventeil 12 zeigt. Bei 13 ist das Spritzen beendet. Anschließend härtet das aufgetragene Harz, und dieses Härten kann unter sich fortsetzendem Temperaturabfall etwa gemäß eines der Kurvenabschnitte 14 oder 15 erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, das Bauteil in den Ofen zu setzen und das Härten bei konstanter Temperatur durchzuführen, wie es der Kurvenabschnitt 16 zeigt. Es ist jedoch darauf zu achten, daß die Temperatur nicht ansteigt, nachdem das Spritzen beendet wurde.

Bei dem Vorgesagten wurde vorausgesetzt, daß das Spritzen mit Harz in Form von Pulver geschieht, es ist jedoch auch möglich, mit Lösungen von Harzpulver zu spritzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Metallisches Bauteil für elektrische Maschinen oder dergleichen Geräte, insbesondere Transformatoren, das eine hohe Spannung gegen Erde führt (Elektrode) oder auf Erdpotential liegend (Eisenkern) sich in der Nähe hochspannungsführender Teile befindet, wobei das metallische Bauteil mit isolierendem Kunstharzbelag versehen ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Stellen des Bauteils, an denen wegen ihrer räumlichen Form (Kanten, Ecken) oder Oberflächenunebenheiten Feldstärkespitzen auftreten, mit einer dünnen, abgerundeten Harzschicht ungleicher Schichtdicke bedeckt sind.

- daß die Schichtdicke der infolge der räumlichen Form an den harzbedeckten Stellen zu erwartenden Feldstärke angepaßt ist und

- daß die Dielektrizitätskonstante des Kunstharzes hoch gegenüber der des angrenzenden Isoliermittels (Luft oder Transformatoröl) ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß pulverförmiges oder flüssiges Harz durch elektrostatisches Spritzen bei einer Temperatur des Bauteils, die mindestens die Höhe der Schmelztemperatur des Harzes hat, auf das Bauteil aufgetragen wird, und

- daß die aufgespritzte Schicht bei einer niedrigeren Temperatur als die während des Spritzvorgangs gehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufspritzvorgang so lange fortgesetzt wird, bis alle Unebenheiten der metallischen Oberfläche des Bauteils mit Harz abgedeckt sind.