DE2438631A1

DE2438631A1 - Schirm fuer die schenkel von transformatoren und dergleichen, sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2438631A1
Application number: DE2438631A
Authority: DE
Inventors: Olle Andersson; Ellerth Ericsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1974-08-12
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FR2241863A1; NO743020L; ZA745378B; SE385418B; NO137467C; SE7311463L; BR7406833D0; NO137467B; US3896406A; DE2438631C3; FR2241863B1; CA1002138A; DE2438631B2; GB1476491A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut MissIing 63 Giessen 30. 7. 1974

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstraese 43

Telefon: (0641) 71019

Dr.-Ing. Joachim Boecker

Boe/Prs 12.189

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Schirm für die Schenkel von Transformatoren und dergleichen, sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schirm für die Schenkel von Transformatorkernen, Drosselspulen und dergleichen zum Glimmschutz und zum mechanischen Zusammenhalt der Schenkelbleche. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung des Schirmes.

An den ein elektrisches PeId begrenzenden Elektroden besteht die Gefahr eines Glimmens, sobald die Oberflächen der Elektroden Unebenheiten, wie z.B. scharfe Kanten oder dergleichen, aufweisen. Ein Beispiel einer solchen Elektrode, bei dem dieses Glimmphänomen leicht auftritt, ist der Kern eines Transformators«, Ein Grund hierfür besteht darin, daß der Kernschenkel eines Transformators aus Herstellungsgründen nicht mit

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einem reinen kreisförmigen Querschnitt hergestellt werden kann, sondern sich aus einer Anzahl länglicher und zueinander senkrechter Flächen mit scharfen Kanten in den Bruchlinien zusammensetzt. Ein weiterer Grund für das Glimmen besteht darin, daß der Kern aus gestanzten Blechen hergestellt ist, wobei

an den Schnittkanten stets Grate entstehen. Besonders an den genannten Kanten des Herns bilden diese Grate einen Ausgangspunkt für das Glimmen, wenn der Transformator an Spannung gelegt wird und sich das elektrische Feld zwischen der innersten Wicklung und dem Kernschenkel aufbaut.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schirm der eingangs genannten Art zu entwickeln, der das genannte Glimmen verhindert und gleichzeitig den mechanischen Zusammenhalt der Bleche verstärkt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schirm der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-4 enthalten..

Ein Verfahren zur Herstellung eines Schirmes' nach der Erfindung weist erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 5 genannten Merkmale auf.

Die Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, daß die Kernschenkel eines Transformators oder Reaktors mit einem glimmhindernden Schirm aus einem, in begrenztem Umfange elektrisch leitenden, d.h. halbleitenden,Material versehen sind,

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das bei Verwendung in ölgekühlten Geräten den auftretenden hohen Temperaturen sowohl während des Betriebes als auch während des Trocknungsprozesses standhalten kann.

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

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kernscheakel eines Transformators, der mit einem Schirm gemäß der Erfindung versehen ist,

Fig. 2 das V/ickeln des Schirmes während des Herstellungsverfahrens.

Der Schirm besteht aus einem Band 1 o.dgl. aus einem Gewebe, das eine hohe mechanische Festigkeit hat, und ist mit einem elektrisch halbleitenden und wärmebeständigen Material imprägniert. Das Band ist mit beachtlicher mechanischer Vorspannung und mit Überlappungen gewickelt, so daß der Schirm voll abdeckt. Der Grad der Überlappung hängt von der Dicke des' Bandes und der gewünschten Dicke des fertigen Schirmes ab. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegt der Schirm an jeder vorstehenden Kante 3 des KernsehenkeIs 1 an, und da das Band gut gespannt gewickelt ist, steht dasselbe und somit auch der fertige Schirm in gutem mechanischen und galvanischen Kontakt mit dem KernBchenkel entlang allen vorstehenden Kanten.

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Das Gewebe des verwendeten Bandes kann beispielsweise aus Glasfasern bestellen, was dem Band eine sehr große mechanische Festigkeit gibt. Das Imprägnierungsmittel kann Harze verschiedener Art enthalten, wie ungesättigte Polyester und Äthoxylinharze.

Nachstehend werden einige Beispiele für die Zusammensetzung geeigneter Imprägnierungsmittel genannt:

Beispiel 1

33 Gewichtsteile eines ungesättigten Polyesters, hergestellt auf konventionelle Weise aus 1 Mol Maleinsäure, 2 Mol Isophtalsäure und 3 Mol 1,2-Propandiol (Säurezahl 30).

27 Gewichtsteile Diallylphtalat Monome.

40 Gewichtsteile Graphitpulver 250 mesh, 70-75 1° C.

0,8 Gewichtsteile tertiäres Butylperbenzoat.

Die Bestandteile werden zu einer homogenen Masse vermischt. Diese Masse wird auf eine oder auf beide Seiten des Glasbandes aufgetragen. Wach dem Härten ist die Masse elektrisch halbleitend.

Beispiel 2

60 Gewichtsteile eines ungesättigten Polyesterharzes, bestehend aus 70 io konventionell ungesättigtem Isophtalsäureester und 30 $> Styrol.

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30 Gewicht steile Graphitpulver 250 mesh, 70 - 75 f° C, 1 Gewichtsteil Dicumylperoxyd,
6 Gewicht steile Diphenylmethan-4,4—Diisozyanat.

Die Bestandteile werden zu einer homogenen Masse vermischt. Diese Masse wird auf die eine oder auf beide Seiten des Glas— bandes aufgetragen. Nach dem Härten ist die Masse elektrisch halbleitend.

Beispiel 3

60 Gewichtsteile eines Äthoxylin Novolac mit einem Äthoxylin Äquivalentgewicht von 176-181 und einer Viskosität von 20 10³ cps bei 52°C,

1,5 Gewicht steile Amin-BF^—Komplexvereinigung, 1S Gewichtsteile Specksteinmehl,

20 Gewichtsteile Graphitflocken., große, 93 - 95 f° C·

Die Bestandteile werden zu einer homogenen Masse vermischt. Diese Masse wird auf eine oder auf beide Seiten des Glasbandes aufgetragen. Nach dem Härten ist die Masse elektrisch halbleitend.

Beispiel 4

3P Gewichtsteile eines Äthoxylin Nbvolae mit einem Äthoxylin Äquivalentgewicht von 176-181 und einer Viskosität von 20-50 · 10³ cps bei 52⁰C,

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1 GewiehtsteiX Amin-BF^-Komplexvereinigung, Gewichtsteile Graphit pulver 3-4 Mikron, 33-92 yo G.

Bäje Bestandteile werden zu einer homogenen Kasse vermischt. Diese Masse wird auf eine oder auf beide Seiten des Glasbandes aufgetragen. Nach dem Härten ist die Masse elektrisch halbleitend.

Beispiel 5

50 Gewichtsteile eines flüssigen Äthoxylinharzes, Bisfenol A, mit einem Äquivalentgewicht von 190 ±3 und einer Viskosität von ca. 12.000 cps bei 25°C,

50 Gewichtsteile Hexahydrophtalsäureanhydrid,

0,5 Gewichtsteile Benzyldimetylaroi η,

25 Gewichtsteile konduktiver Kienruß, 99 i° C. ·

Die Bestandteile werden zu einer homogenen Masse vermischt. Diese Hasse wird auf eine oder auf beide Seiten des Glasbandes aufgetragen. Nach dem Härten ist die Masse elektrisch halbleitend.

Beispiel 6

30 Gewichtsteile eines Polybutadienharzes mit einem Vinylgehalt von mindestens 90 $> und einem Molgewicht von mindestens 20.000,

3 Gewichtsteile Ditertiärbutylperoxyd,

30 Gewichtsteile Graphitpulver 3-4 Mikron, 83-86 ^ C,

509810/0721 bad orig-nal

40 Gewichtsteile Wollastonite.

Die Bestandteile werden zu einer homogenen Masse vermischt. Diese !.lasse wird auf eine oder auf beide Seiten des Glasbaiides aufgetragen. iTach dem Härten ist die Masse elektrisch halbleitend.

Das Problem in dem vorliegenden Fall besteht darin, die Materialkomponenten in dem halbleitenden Imprägnierungsmittel im Hinblick auf den spezifischen elektrischen Widerstand und die Dielektrizitätskonstante so zu wählen, daß einerseits die Verluste im Schirm als Folge der betriebsfrequenten Ströme in demselben im Vergleich zu den Eisenverlusten im Schenkel unbedeutend sind und andererseits eine ausreichende Schirmwirkung für die steilste vorkommende Spannungswelle erreicht wird. Die obere zulässige Grenze des spezifischen Widerstandes wird von dem Vermögen des Materials bestimmt,, bei transienten StoLspannungen abzuschirmen, während die untere zulässige Grenze des spezifischen Widerstandes von den Verlusten im Schirm bestimmt wird, die akzeptiert werden können.

Dadurch, daß der elektrische Widerstand des Bandes und damit auch der des fertigen Schirmes durch die Eigenschaften Korngrölie usw. des fertigen Materials geändert wird, können keine genauen Angaben.₄ über die Menge des halbleitenden Materials gemacht werden. Als eine allgemeine Hegel bei der Wahl der elektrischen eigenschaften des Bandes kann folgendes gelten:

C. ο . ei

■- 8 -

5098 10/07 21 ⁸^D original

= der niedrigste zulässige Flächenwider stand, den der Schirm mit Rücksicht auf seine Verluste haben darf (/l/Quadrat),

= die Dicke des Schirms,

= der Widerstand des Schirms,

= die relative Dielektrizitätskonstante des Schirmmaterials,

= die absolute Dielektrizitätskonstante,

= die größte zulässige elektrische Zeitkonstante, des Schirmmaterials. Diese wird aus einem Vergleich mit der Steigzeit T für die steilste Stoßspannung bestimmt, für welche der Schirm eine akzeptable Abschirmwirkung haben soll.

Dadurch, daß ein Transformatorkernschenkel durch Schichtung einer großen Anzahl dünner Blechstreifen hergestellt wird (Laminierung), kann der Schenkel praktisch niemals exakt gerade werden; vielmehr enthält er lokale Unebenheiten. Es ist daher unmöglich, einen vorfabrizierten zylindrischen Schirm auf einem Kernschenkel derart anzubringen, daß er überall galvanischen Kontakt mit den Kanten des Kernschenkels hat. Auf relativ großen und zufällig verteilten Flächen wird kein Kontakt zwischen Schirm und Schenkel vorhanden sein, so daß das Auftreten von Glimmen nicht ausgeschlossen werden kann. Dasselbe Phänomen macht es auch unmöglich, einen vorfabrizierten zylindrischen Schirm auf dem Schenkel anzubringen, um ein ausreichend mechanisches Zusammenhalten der Bleche des Kernschenkels zu einhalten, da ein solcher Schirm niemals in genügend festen mechanischen Kontakt mit dem Kernschenkel kommen würde.

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Dadurch, daß der Schirm in der oben beschriebenen Weise hergestellt wird, kommt er in absolut sicheren mechanischen und elektrischen Kontakt mit allen vorstehenden Kanten des Schenkels auf dessen gesamter Länge. Da das Band mit einer gewissen mechanischen Vorspannung (Zugspannung) gewickelt wird, die so groß sein soll, daß man den gewünschten mechanischen Anlagedruck an den Schenkel erhält, wird sichergestellt, daß dieser Kontakt bestehen bleibt.

Die vorgenannten Mischungen, die als Imprägnierungsmittel benutzt werden, sind in ungehärtetem Zustand sehr klebrig. Dies gibt dem Band die außerordentliche Eigenschaft, daß, wenn es mit Überlappung und Vorspannung gewickelt wird, die verschiedenen Lagen sehr fest miteinander verklebt v/erden. Die Klebkraft ist so ausgeprägt, daß der Teil des Bandes, der mit einer darunterliegenden Schicht des Bandes oder des Eisenkerns in Kontakt gekommen ist, liegenbleibt, wenn das Wickeln abgebrochen wird und die Vorspannung weggenommen wird. Ein eventuell auftretendes Verrutschen ist völlig unbedeutend. Dies ist sowohl bei großen Eisenkernen wertvoll, v/o die erforderliche Bandlänge do groß ist, daß ein durchgehendes Band nicht zur Verfugung steht, wie auch bei kleineren Kernen, wo infolge des kleineren Abstandes zwischen zwei Kernschenkeln gewisse Schwierigkeiten bestehen, das Band während des Wickeins durch die Öffnung zwischen zwei I'ernschenkeln hindurchzuführen.

Um eine unnötige Erwärmung des Eisenkerns zu vermeiden, geschieht das Härten des Harzes in dem fertiggewickelten Schirm am besten.

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mit Infrarotstrahlung. Hierbei kann ein rohrförmiger Ofen verwendet werden, der den Schenkel mit Schirm umschließt. Der Ofen basteht -aus einer zylindrischen Hülle, die an der Innenseite eine Anzahl elektrisch betriebener Infrarotstrahler hat, welche auf das Zentrum des Ofens gerichtet sind. Die Infrarotstrahler sind radial verschiebbar, damit der Ofen für verschiedene Schirmdurchmesser benutzt werden kann. Der ganze Ofen ist axial verschiebbar und seine axiale Bewegung kann durch Zeitglieder kontrolliert werden, so daß die Härtungszeit überall gleich wird. Die ganze Härtung kann somit nach ihrem Start und der Einstellung der axialen Bewegung des Ofens automatisch geschehen. Da man in der Regel Graphit als halbleitenden Bestandteil im Imprägnierungsmittel benutzt, ist die Farbe des Bandes schwarz. Hierdurch absorbiert das Band die Infrarotstrahlen, und die Erwärmung des Eisenkerns bleibt unbedeutend, da zwischen dem Schirm und dem dahinterliegenden Kern ein Luftspalt ist (Fig. 1). Das Härten von Harzen mit Infrarotstrahlung ist für sich bekannt. In vorliegendem Zusammenhang ist das genannte Erwärmungsverfahren aufgrund der großen Wärmekapazität eines Kernschenkels jedoch eine Notwendigkeit.

Das Band kann zum Zusammenpressen des Blechpakets unter Anwendung einer geeigneten Ausrüstung entv/eder mit der Hand oder mit einer Tiaschine auf den Kernschenkel gewickelt v/erden. Die Arbeit kann in vertikaler oder horizontaler Lage der Lernschenkel ausgeführt werden.

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Die zusammenhaltenden Eigenschaften des Schirmes können durch die Benutzung eines Bandes, das "beim Härten einläuft (sich verkürzt), noch weiter verstärkt werden. Auch kann man einen beim Härten zunehmenden Druck auf den Schirm erhalten, indem man vor aem Härten aufsen auf den Schirm eine schrumpfbare Folie wickelt. Wenn die Folie beim Erwärmen schrumpft, erhält man einen zunehmenden Druck auf den Kernschenkel, und der Schirm bekommt außerdem' eine glatte und gleichmäßige Oberfläche.

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Claims

Patentansprüche:

1. Schirm fur die Schenkel von Transformatorkernen, Drosselspulen lind dergleichen zum Glimmschutz und zum mechanischen Zusammenhalt der Schenkelbleche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus einem Band (1) aus einem Gewebe großer mechanischer Zugfestigkeit besteht, welches mit einem elektrisch halbleitenden und wärmehärtbaren Material imprägniert ist, mit hoher mechanischer Verspannung überlappt um den Schenkel gewickelt und durch Wärmebehandlung gehärtet ist.

2. Schirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe des Bandes (1) aus Glasfasern oder einem ähnlichen Material besteht.

3. Schirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zur Imprägnierung des Bandes einen elektrisch halbleitenden Bestandteil enthält, wobei die Art und die Menge dieses Bestandteiles so gewählt ist, daß die obere zulässige Grenze des spezifischen Widerstandes des Schirmmaterials von der Fähigkeit des Materials bestimmt ist, bei transienten Stoßspannungen abzuschirmen, während die untere zulässige Grenze des spezifischen Widerstandes von den zulässigen Verlusten im Schirm bestimmt ist.

4. Schirm nach einem der Ansprüche 1 - 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Ilaterialeigenschaften des Bandes folgender

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I¹Or me 1 genügen:

R_n , Γ ^ C S S , wobei

^S *- O

R= der niedrigste zulässige Flächenwiderstand, .den der Schirm mit Rücksicht auf seine Verluste haben darf (- ~/Quadrat),.

^) = die Dicke des Schirms
(^ _o = der '.Vi der stand des Schirms
_c _ die relative Dielektrizitätskonstante des Schirmmaterials

r = die absolute Dielektrizitätskonstante T = die größte zulässige elektrische Zeitkonstante des

Schirmmaterials. Diese wird aus einem Vergleich mit der Steigzeit T für die steilste Stoßspannung bestimmt, für welche der Schirm eine akzeptable Abschirmwirkung haben soll.

5. Verfahren zur Herstellung eines Schirmes nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band aus einem Gewebe hoher mechanischer Festigkeit, welches mit einem elektrisch halbleitenden und wärmehärtbaren Material imprägniert ist, mit hoher mechanischer Vorspannung überlappt -um den Schenkel herum zu einen Schirm gewickelt wird, und daß danach der Schenkel rait dem gewickelten Schirm einer Wärmebehandlung zur Aushärtung des Imprägniermaterials unterworfen wird.

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