DE2830757C2

DE2830757C2 - Transformatorwicklung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2830757C2
Application number: DE2830757A
Authority: DE
Inventors: Otto 8600 Bamberg Graul
Original assignee: MWB Messwandler Bau AG
Current assignee: Trench Germany GmbH
Priority date: 1978-07-13
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1987-01-22
Also published as: HU182901B; FR2431173A1; JPS5919458B2; SE7906117L; IT7924262A0; AT378078B; SE430365B; ES482456A0; IT1122123B; NL185804B; NL185804C; FR2431173B1; CH648149A5; CA1137576A; DD145974A5; JPS5513999A; GB2025698A; SU1039453A3; DE2830757A1; BE877656A

Description

Die Erfindung betrifft eine Transformator-, insbesondere Hochspannungstransformatorwicklung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Ein Verfahren zur Isolierung von bandförmigen Leitern für Transformatorwicklungen der eingangs angeführten Art ist durch die DE-OS 15 63 458 bekanntgeworden. Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, daß zur Verfestigung der Leiterisolation und gleichzeitig der einzelnen Papierlagen jeweils vor den Faltvorrichtungen Klebstoff zugeführt wird. Diese Maßnahme führt zwar zu einer ausreichenden Verklebung der um den Leiter gefalteten Papierisolation, jedoch ist eine Verfestigung der Wicklungslagen nur dann gewährleistet, wenn der Klebstoff im Überschuß auf das Isolierpapier aufgebracht wird, so daß ein Teil des Klebstoffes durch die Faltungsfugen hindurchquillt und damit auch ein Verkleben der entsprechenden Windung der nächsten Lage ermöglicht. Ein derartiges Verfahren ist nicht geeignet, einer aus vielen Lagen bestehenden Transformatorwicklung, insbesondere Hochspannungstransformatorwicklung, die notwendige mechanische Festigkeit zu verleihen. Auch wird eine gezielte Imprägnierung erschwert, weil die Klebestellen zwischen den einzelnen Lagen weitgehend undefiniert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transformatorwicklung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die ohne Unterbrechung vollautomatisch, vorzugsweise programmgesteuert, in einem Zug hergestellt werden kann, eine hohe mechanische Festigkeit auch bei großen Lagenzahlen aufweist und bei der die Imprägnierung durch die Maßnahmen zur Verfestigung der einzelnen Wicklungslagen nicht behindert ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Transformatorwicklung der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Für den vollautomatischen Wicklungsprozeß ist wichtig, daß die Leiterisolation gleichzeitig auch die Lagenisolation darstellt. Dadurch entfällt das mühsame Einwickeln bzw. Einschießen der Lagenisolation, was die Herstellung bekannter Lagenwicklungen erheblich erschwert und verteuert. Günstig ist auch, daß die auf der Außenseite der Leiterisolation gezielt aufgebrachten punktförmigen Klebestellen eine hervorragende Verfestigung der einzelnen Wicklungslagen und damit einen kompakten Wicklungsaufbau ergeben. Gleichzeitig ermöglichen die verbleibenden Spalträume zwischen den Klebestellen eine ausreichende Imprägnierung mit flüssigen oder gasförmigen Imprägniermitteln. Günstig ist auch, daß aufgrund des kreisbogenförmigen Überganges von dem trapezförmigen oder annähernd trapezförmigen Teil der Wicklung zum freien äußeren Ende der Lagenwicklung die vorzugsweise auf Hochspannungspotential liegende Abschirmelektrode sehr einfach ausgebildet werden kann. Durch den gewählten Wicklungsaufbau erhält man darüber hinaus eine ausgezeichnete Lagensteuerung.
Das Merkmal im Anspruch 1, daß der Querschnitt der Transformatorwicklung "wenigstens annähernd trapezförmig" ausgebildet ist, bedeutet, daß die Gestalt der Transformatorwicklung im Querschnitt nicht mathematisch genau ein Trapez darstellen muß. So können die freien Stirnseiten der Transformatorwicklung im Querschnitt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung nach Art einer e-Funktion beginnen und dann in einen geradlinigen Teil übergehen, an den sich dann der kreisförmige Abschlußbogen anschließt (Fig. 4a). Auch ein unmittelbarer Übergang von einer nach Art einer e-Funktion gekrümmten Seitenfläche in den kreisförmigen Abschlußbogen ist möglich (Fig. 4b).
Wichtig ist, daß die bandförmigen Leiterwindungen von dem fortlaufenden Isolierband jeweils über den gesamten Umfang isoliert werden, ohne daß irgendwelche zusätzliche Handarbeit erforderlich ist, wie dies bei der Lagenwicklung gemäß der US-PS 34 27 578 der Fall ist. Dort muß das Isolierband an den äußeren Windungen einer jeden Lage jeweils manuell oder durch eine gesonderte Vorrichtung um die Stirnseiten dieser äußeren Windungen gelegt werden, um auch die stirnseitigen Kanten und die obenliegenden Flachseiten der jeweils ersten und letzten Windung einer Wicklungslage ausreichend zu isolieren. Diese Maßnahmen gestatten keine vollautomatische Wicklung ohne jegliche Unterbrechung. Auch ist es nachteilig, daß dort jeweils gesondert eine Windung Isolierband, dann eine Windung blanker Leiter, dann wiederum eine Windung Isolierband usw. im schrittweisen Betrieb aufgebracht werden müssen.
Zwar besteht im Zusammenhang mit der Verfestigung von Wicklungen durch Verkleben mit der CH-PS 4 03 068 Übereinstimmung insoweit, als auch bei dieser vorbekannten Wicklung für Hochspannungstransformatoren, Drosselspulen oder Meßwandler Klebestellen lediglich auf der Außenseite der Isolation vorgesehen sein können. Jedoch ermöglicht diese Maßnahme lediglich eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit dieser vorbekannten Hochspannungswicklung. Zur Lösung des spezifischen Aufgabenteiles, daß die Wicklung ohne Unterbrechung vollautomatisch, vorzugsweise programmgesteuert, in einem Zuge hergestellt werden kann, trägt diese Maßnahme dort nichts bei.
Schließlich ist es auch noch bekannt (DE-AS 10 66 662), eine Hochspannungsspule für Hochspannungstransformatoren so auszubilden, daß bei Verwendung von seitlich überstehenden Lagenisolationen nach Art einer Schopfspule die Länge der einzelnen Wicklungslagen so abgestuft ist, daß diese Hochspannungsspule im Querschnitt ein Trapez bildet, wobei die äußersten Lagen so verkürzt sind, daß die trapezförmige Lagenwicklung zu dem freien äußeren Ende hin abgerundet ist.
Die Faltung des Isolierbandes mittels einer mehrstufigen Faltvorrichtung gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Transformatorwicklung ermöglicht die Verwendung einer vergleichsweise einfach herzustellenden Faltvorrichtung. Durch die Umlenkung des isolierten bandförmigen Leiters über eine Umlenkrolle wird erreicht, daß sich das Isolierband fest um den Leiter schließt, so daß eine Verklebung der sich überlappenden Isolierbandteile entfallen kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Herstellung einer aus bandförmigem Leitermaterial herstellbaren Transformatorwicklung;
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine mehrstufige Faltvorrichtung für die Aufbringung der Leiterisolation;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Transformatorwicklung;
Fig. 4a-4c im Teilschnitt Abwandlungen der Transformatorwicklung gemäß Fig. 3 und
Fig. 5a u. 5b im vergrößerten Maßstab Querschnitte durch den bandförmigen Leiter mit einem bzw. zwei doppelt gefalteten Isolierbändern.
Fig. 1 zeigt die beiden Vorratsrollen 1, 2 für den bandförmigen Leiter 3, vorzugsweise aus Aluminium, und für das um den Leiter 3 zu wickelnde Isolierband 4. Das Isolierband 4 kann je nach dem Imprägnierungsmittel aus Kunststoffolie oder aus organischen Stoffen, wie Kabelpapier, bestehen. Geeignete Imprägnierungsmedien sind insbesondere Öl oder Gas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid. Über Einlaufrollen 5, 6 werden der Leiter 3 und das Isolierband 4 einer mehrstufigen Faltvorrichtung 7 zugeführt. Die Faltvorrichtung 7 bewirkt zusammen mit der nachgeschalteten Umlenkrolle 8, daß sich das Isolierband 4, dessen Breite etwa der dreifachen Leiterbreite entspricht, unter dem Wickelzug fest um den Leiter 3 schließt. Die Umlenkrolle 8 ist etwa senkrecht über der Wickelachse A des Wickelkörpers 9 angeordnet, so daß der auf die Umlenkrolle 8 zulaufende isolierte Leiterteil 3, 4 und von der Umlenkrolle 8 weglaufende isolierte Leiterteil 3, 4 einen spitzen Winkel zwischen 40° und 70° einschließen. Durch diese Zuordnung von Umlenkrolle 8 und Wickelkörper 9 wird die feste Ummantelung des Leiters 3 durch das Isolierband 4 begünstigt. In Aufwickelrichtung kurz vor der Stelle, an der der isolierte Leiterteil 3, 4 tangential auf die bereits vorhandene Wicklungslage aufläuft, ist mindestens eine Klebeeinrichtung 10 angeordnet, mit der auf der Außenseite der bereits vorhandenen Isolation der Windung einer früheren Wicklungslage über den Umfang einer Wicklung verteilt mehrere Klebepunkte 10 a aufgebracht werden können. Vorzugsweise können drei bis sieben Klebepunkte über den Umfang einer Windung vorgesehen werden, um einen kompakten Wicklungsaufbau zu erhalten.
Die Fig. 2 verdeutlicht den Aufbau und die Wirkungsweise der mehrstufigen Faltvorrichtung 7. Diese besteht aus einer gelenkig gelagerten Einlaufrolle 11, der der bandförmige Leiter 3 und das Isolierband 4, wie aus Fig. 1 ersichtlich, gemeinsam zugeführt werden. Eine Grundplatte 12 ist mit mehreren Querträgern 13, 14, 15 mit sich stetig verkleinernden Durchtrittsöffnungen 16, 17, 18 für das isolierte Leiterteil 3, 4 versehen. Ferner sind in der Grundplatte 12 sich stetig verkleinernde Führungsnuten 19, 20, 21 vorgesehen, die das Umschließen des Isolierbandes 4 um den Leiter 3 begünstigen. Über eine Auslaufrille 22 und eine Auslaufrolle 23 verläßt der vollständig mit Isolierband ummantelte Leiter die Faltvorrichtung 7.
In den Fig. 3, 4a bis 4c ist der Wickelkörper der dargestellten Lagenwicklung jeweils mit 24 und die Wickelachse jeweils mit A bezeichnet. Diese einzelnen Windungen 25 der verschiedenen Wicklungslagen L ₁, L ₂, L ₃ . . . L _x grenzen stirnseitig abstandslos oder mit kaum sichtbaren geringfügigen Spalten aneinander. Die einzelnen Windungen 25 sind lediglich von dem Isolierband 4 umgeben, wie dies in Fig. 5a verdeutlich ist. Eine Lagenisolation zwischen den Lagen L ₁, L ₂, L ₃ . . . L _x ist nicht vorhanden.
Die Windungsisolation 4 des Leites 3 ist so ausgeführt, daß die in bezug auf die Wickelachse A außenliegende Leiterflachseite 26 den doppelten Isolierbandauftrag 28, 29 wie die innenliegende Leiterflachseite 27 (Isolierbandauftrag 30) enthält.
Da die Relation Leiterbreite/Leiterdicke B/D relativ groß ist und sich beispielsweise wie 50 : 1 bis 100 : 1 verhält, ist ersichtlich, daß die Breite des Isolierbandes 4 wenigstens annähernd dreimal so groß ist wie die Breite des bandförmigen Leiters 3. Die Leiterdicke D kann praktisch vernachlässigt werden.
Die Lagenwicklung gemäß Fig. 3 ist als an sich bekannte Trapezwicklung ausgebildet, deren seitliche Stirnflächen 31, 32 jedoch in ausgeprägten Bögen mit dem Radius R in die letzten Wicklungslagen übergehen. Die äußerste Wicklungslage L _x ist etwa über deren zylindrisch verlaufenden Teil von einem eine Ringelektrode 33 bildenden geschlitzten Metallband umgeben.
Wie die Fig. 4a-4c zeigen, kann die Transformatorwicklung auch ein von einer Trapezform etwas abweichendes Profil aufweisen.
So kann die seitliche Stirnfläche 34 zunächst nach Art einer e-Funktion verlaufen, dann in einen geradlinigen Teil übergehen, bevor der bogenförmige Teil mit dem Radius R zu den letzten Wicklungslagen überleitet.
Nach der Ausführungsform gemäß Fig. 4b kann die seitliche Stirnfläche 35 auch so ausgebildet sein, daß der nach Art einer e-Funktion verlaufende Wicklungsteil unmittelbar in den bogenförmigen Teil mit dem Radius R übergeht.
Die Fig. 4c zeigt eine Ausführungsform, bei der die seitliche Stirnfläche 36 zunächst genau trapezförmig verläuft, wobei sich an diesen Wicklungsteil dann ein bogenförmiger Teil mit unterschiedlichen abnehmenden Radien R ₁, R ₂, R ₃ anschließt.
Wie Fig. 5b zeigt, kann die Isolation des bandförmigen Leiters 3 auch von zwei Isolierbändern 4 a, 4 b gebildet werden, die zum einen um die in bezug auf die Wickelachse A außenliegende Leiterflachseite 37 und zum anderen um die innenliegende Leiterflachseite 38 gefaltet sind.
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Transformatorwicklung kann es insbesondere bei größeren Lagenzahlen vorteilhaft sein, die Klebepunkte von Windung zu Windung an unterschiedlichen Stellen eines Windungsumfanges aufzubringen.
Die die kreisbogenförmigen Übergänge zum freien äußeren Ende der Lagenwicklung bestimmenden Radien liegen vorzugsweise zwischen 20 und 100 mm.
Die beschriebenen Transformatorwicklungen eignen sich insbesondere für Meß- und Prüftransformatoren, vorzugsweise für induktive Spannungswandler. Eines der Hauptanwendungsgebiete stellen SF₆ -isolierte induktive Spannungswandler dar.
Die beschriebene Transformatorwicklung ermöglicht eine erhebliche Rationalisierung des Fertigungsprozesses, weil der gesamte Isolier- und Wickelvorgang von der ersten Windung der ersten Lage bis zur letzten Windung der letzten Lage durch eine entsprechende Programmsteuerung vollautomatisiert werden kann.

Claims

1. Transformatorwicklung, insbesondere Hochspannungstransformatorwicklung, mit einer Vielzahl von Wicklungslagen, bestehend aus einem fortlaufenden bandförmigen Leiter und wenigstens einem in Leiterwickelrichtung fortlaufenden, im Zuge des Wickelns aufgebrachten Isolierband, das etwa dreifach Leiterbreite aufweist und um den Leiter derart gefaltet ist, daß an einer Leiterflachseite eine doppelte Isolierbandlage gebildet ist, und wobei die Isolierbandlagen miteinander verklebt sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der einzelnen Wicklungslagen (L ₁, L ₂, L ₃ . . . L _x) auf der Außenseite der Isolierbandlage in vorbestimmtem Abstand punktförmige Klebestellen (10 a) vorgesehen sind, die zur Befestigung der jeweils folgenden Wicklungslage dienen, und daß durch die Längen der Wicklungslagen (L ₁, L ₂, L ₃ . . . L _x) von Lage zu Lage der Querschnitt der Transformatorwicklung zunächst wenigstens annähernd trapezförmig ausgebildet ist, während der Übergang zum freien äußeren Ende der Lagenwicklung aus einem Kreisbogen (Radius R), oder mehreren kreisförmigen Bögen mit unterschiedlichen Radien (R ₁, R ₂, R ₃) besteht.

2. Transformatorwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das um den bandförmigen Leiter (3) gelegte Isolierband (4) die in bezug auf die Wickelachse (A) außenliegende Leiterflachseite (26) die doppelte Isolierbandlage besitzt im Vergleich zur innenliegenden Leiterflachseite (27).

3. Transformatorwicklung nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (4) des bandförmigen Leiters (3) von zwei Isolierbändern (4 a, 4 b) gebildet ist, die zum einen um die in bezug auf die Wickelachse (A) außenliegende Leiterflachseite (37) und zum anderen um die innenliegende Leiterflachseite (38) gefaltet sind.

4. Transformatorwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungslagen (L ₁, L ₂, L ₃, . . . L _x) vom innenliegenden Ende der Transformatorwicklung ausgehend so verkürzt sind, daß die Stirnseiten (34) der Transformatorwicklung zunächst die Gestalt einer e-Funktion aufweisen, an die sich der geradlinige, trapezförmige Teil der Transformatorwicklung anschließt.

5. Transformatorwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungslagen (L ₁, L ₂, L ₃ . . . L _x) vom innenliegenden Ende der Transformatorwicklung ausgehend so verkürzt sind, daß die Stirnseiten (35) der Transformatorwicklung zunächst die Gestalt einer e-Funktion aufweisen, an die sich unmittelbar der oder die kreisförmigen Bögen als Übergang zum freien äußeren Ende der Transformatorwicklung anschließen.

6. Transformatorwicklung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Wicklungslage (L _x) im Bereich des zylindrischen Wicklungsteiles von einem eine Ringelektrode (33) bildenden, geschlitzten Metallband umgeben ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Transformatorwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltung des Isolierbandes (4) um den bandförmigen Leiter (3) mittels einer mehrstufigen Faltvorrichtung (7) vorgenommen wird, daß der isolierte Leiter (3, 4) über eine Umlenkrolle (8) so geführt wird, daß die auf die Umlenkrolle (8) zulaufenden und von der Umlenkrolle (8) weglaufenden Teile des Leiters (3) einen spitzen Winkel bilden und daß die Klebepunkte auf der Außenseite der entsprechenden Windung (25) der bereits vorhandenen Lage (L ₁, L ₂, L ₃ . . . L _x) in der Wicklungsrichtung kurz vor dem Aufwickeln der neuen Windung (25) aufgebracht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß je Windung (25) einer Wicklungslage (L ₁, L ₂, L ₃ . . .L _x) mehrere Klebepunkte aufgebracht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebepunkte von Windung (25) zu Windung (25) an unterschiedlichen Stellen eines Windungsumfanges aufgebracht werden.