DE3912874C2 - Trockentransformator mit ummantelten Wicklungen sowie analoge elektrische Installationen und Verfahren zur Herstellung des Harzes für die Ummantelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Trockentransformatoren hoher Leistung bzw. Abgabe, deren Arbeitstemperaturen üb­ licherweise um mehr als 100°C über der Umgebungstemperatur liegen (in der Größenordnung von 140 bis 150°C). Aus Ver­ einfachungsgründen bezieht sich die folgende Beschreibung auf einen derartigen Transformator.

Diese Art von Transformatoren, deren Spannungsbereich übli­ cherweise von 3 bis 36 kV geht, sind mit einer Wicklung versehen, die mit einer dielektrischen isolierenden Kunst­ harzummantelung versehen ist, die mehrere Millimeter Dicke aufweisen kann, z. B. 2 bis 5 mm. Außer zur Isolierung dient das Kunstharz auch zum Schutz gegen Feuchtigkeit und Staub, die die Durchschlagfestigkeit herabsetzen können. Ferner wird dadurch die Wicklung gegen Umgebungseinflüsse geschützt, z. B. aggressive Chemikalien, bei gleichzeitiger Erhöhung der mechanischen Festigkeit und der Fixierung der Windungen in der Wicklung.

Trotzdem ist es in Extremfällen bereits vorgekommen, z. B. als Folge einer Havarie, daß derartige Transformatoren in Brand geraten. Die Untersuchung ihres Verhaltens bei Feuer hat zu der Erkenntnis geführt, daß das Harz selbst dann weiter brennt, wenn die den Brand auslösende Ursache besei­ tigt ist, da oberhalb einer bestimmten kritischen Tempera­ tur das Kunstharz in Luft brennbar ist.

Im folgenden werden einige nützliche Bemerkungen bezüglich der Zusammensetzung derartiger Kunstharze gemacht.

Die herkömmlichen Transformatoren-Ummantelungen bestehen aus durch Wärme aushärtbaren Kunstharzen, die durch Erwärmen eines Gemisches erhalten werden, das aus einem Kunstharz (im allgemeinen ein Epoxyd) und einem Härter besteht, wie z. B. einem Anhydrid. Als herkömmliches Beispiel seien die Diglycidylätherderivate des Bisphenol A genannt, im allgemeinen DGEBA abgekürzt, die aus der Reaktion zwischen dem Bisphenol A und dem Epichlorhydrin entstehen (siehe US 3 202 947). Derartige Kunstharze sind meistens vernetzt, unschmelzbar und unlöslich, aufgrund des Zusatzes von Aminen und Polysulfiden mit kleiner Molekularmasse. Auch durch Wärme aushärtbare Polyestherharze sind bekannt. Die Gewichtsver­ hältnisse betragen üblicherweise 50% für das Harz und 50% für den Härter.

Üblicherweise werden verstärkte Kunstharze verwendet: Dem flüssigen Ausgangskunstharz wird vor dem Zuführen des Här­ ters ein meistens mineralischer Stoff zugeführt, z. B. Quarzsand (Siliziumoxid) oder Glaswolle in Gewichtsverhält­ nissen von 3 für die Zugabe und 1 für das Harz. Man erhält damit eine Ausgangsmischung von z. B. 20% Harz, 60% Sili­ ziumoxid und 20% Härter.

Eine derartige Zugabe verbessert das thermomechanische Ver­ halten und absorbiert bereits einen Teil der Polymerisa­ tionswärme des Harzes, so daß keine Risse entstehen kön­ nen. Sie dient auch der mechanischen Verstärkung, da ein Harz ohne eine derartige Zugabe bei der Arbeitstemperatur dieser Transformationen weich bleiben kann.

Andererseits werden häufig auch Elastomere verwendet, wie z. B. Silikonharze oder Polyesterharze, die thermoplastisch sind, ins besondere im Falle der Ummantelung von Kabel oder Drähten, um ihnen eine gewisse Elastizität zu verleihen. Genannt seien als Beispiele der Ethylen-Propylen-Kautschuk EPR, das Ethylenvinylacetat EVA oder das vernetzte Polyethylen.

Die Erfindung trennt nicht zwischen den einzelnen Harzsorten (durch Wärme aushärtbar, thermoplastisch oder elastomer) soweit dieses Harz ein Isoliermaterial ist, das bei erhöhten Temperaturen verwendet wird und demzufolge ein ausreichend gutes thermomechanisches Verhalten bei den eingangs genannten erhöhten Arbeitstemperaturen aufweist. Aus Vereinfachungsgründen wird im folgenden unter Ummantelungsharz oder verstärktes Harz das die fertige isolierende Ummantelung ergebende Material verstanden, das aus der Mischung eines Kunstharzes, gegebenenfalls einer Verstärkungszugabe und eines Härters besteht, sowie gegebenenfalls aus herkömmlichen Zusatzstoffen, wie Weichmacher, Beschleuniger etc.

Ziel der Erfindung ist es, die Feuerfestigkeit von ummantelten elektrischen Leitern zu verbessern, insbesondere diejenige von Ummantelungen von Trockentransformatoren, indem bei ihrer Einsatztemperatur die thermische Stabilität des feuerfesten Ummantelungsharzes verbessert wird.

Der erfindungsgemäße Trockentransformator, dessen wenigstens eine Wicklung mit einer elektrisch isolierenden verstärkten Harzschicht ummantelt ist, die einen feuerfesten, bei ansteigender Temperatur wasserabgebenden Stoff aufweist, wobei ein Teil der Verstärkung wenigstens 20% des Gesamtgewichts des Ummantelungsharzes aus diesem feuerfesten Stoff besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß dem feuerfesten Stoff zuvor teilweise das Wasser entzogen worden ist, und zwar in einer derartigen Menge, daß keine Wasserbildung im Ummantelungsharz auftritt, welche dessen Qualität beeinträchtigen könnte, während der Transformator im normalen Temperaturbereich betrieben wird.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Herstellungsverfahren für derartige isolierende verstärkte Harze zum Ummanteln der Wicklungen von Trockentransformatoren, wobei dem flüssigen Ausgangsharz eine Verstärkung zugegeben wird, von der ein Teil, d. h. wenigstens 20% des Gesamtgewichts des Ummantelungsharzes, aus einem Stoff besteht mit feuerhemmenden Eigenschaften durch Wasserbildung bei ansteigender Temperatur, wie z. B. Aluminium-orthohydroxid, das jedoch vorher teilweise dehydratisiert worden ist, vorteilhafterweise durch Erwärmen, damit während des Einsatzes des Transformators bei seinen Betriebstemperaturen keine ungewollte Wasserbildung im Inneren des Harzes auftritt, die dessen Qualität beeinträchtigen könnte.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen ummantelten Trockentransformator mit wenigstens einer elektrischen Wicklung, die von einer feuerfesten isolierenden Kunstharzmasse umgeben ist, die gemäß dem oben genannten Verfahren hergestellt worden ist.

Die feuerhemmenden Eigenschaften von Aluminium-orthohydro­ xid sowie dessen Eignung als Zuschlagstoff für die Ummantelungsharze für elektrische Kabel oder Transformatoren ist z. B. aus der US 3 202 947 bekannt, dessen Lehre hier eingeführt wird. Es ist jedoch bisher noch nicht erkannt worden, daß eine bessere thermische Stabilität des Harzes erzielt werden kann, indem ein derartiger Zuschlagstoff vorher teilweise dehydratisiert wird, obwohl seine Feuerhemmung auf der Wasserabgabe beruht.

Aus der DE-AS 10 72 285 sind Einbettungsmassen für elektrische Geräte bekannt, in Form anorganischer Pulver mit großer Wärmeleitfähigkeit, die aus im wesentlichen sphärisch geformten Einzelteilchen aus geschmolzener Tonerde bestehen, die mit einem Silikonharz überzogen sind. Dieser feuerfeste Zusatz wird zum Lösungsmittelentzug und damit auch zum Wasserentzug getrocknet, wonach die getrocknete Masse auf Härtungstemperatur erhitzt und dort bis zur ausreichenden Härtung gehalten wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sowie anderer Aspekte und Vorteile sei auf die nachstehende ausführliche Be­ schreibung im Zusammenhang mit den Tabellen I, II und III verwiesen, die die Widerstandsfähigkeit gegen Feuer eines erfindungsgemäßen Ummantelungsharzes darstellen; auf die Tabelle IV, in der die wichtigen Eigenschaften der Wasserabgabe mit ansteigender Temperatur für eine bestimmte Anzahl feuerfester Stoffe dargestellt sind, und auf die Fig. 1 und 2, die die zeitliche Entwicklung der Ge­ wichtsverminderung verschiedener möglicher feuerhemmender Stoffe darstellen, durch Bildung oder Vermeidung von Was­ ser, aufgrund ihrer Instabilitäten bei Wärme, wenn sie auf konstante Temperatur erwärmt werden.

Im folgenden seien die beiden wichtigen Eigenschaften der Erfindung aufgeführt:

1) Zugebe einer ausreichenden Menge eines feuerfesten Stoffes mittels Wasserbildung bei Wärmestabilität

Der zugegebene feuerfeste Stoff kann hydratisiertes Alumi­ niumoxid Al₂O₃·nH₂O mit n = 1, 2 oder 3 sein oder wasserhaltige Magnesia oder Zinkborat oder jeder andere Stoff mit diesen selbstlöschenden Eigenschaften durch Wasserabgabe und vorzugsweise mit der Fähigkeit, wie z. B. das Siliziumoxid, das Harz zu verstärken. Bevorzugt wird trihydriertes Aluminiumoxid, das der wirksamste feuerfeste Stoff ist und obendrein keine oder nur wenig Rauchbildung erzeugt.

Die Wasserbildung läßt sich wie folgt darstellen:

2 Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3 H₂O.

Die Geschwindigkeit dieser Reaktion erhöht sich in Pfeil­ richtung mit der Temperatur, und seine endothermische Eigen­ schaft verhindert das Erreichen des Entflammpunktes für das Harz.

Es wird noch gezeigt werden, daß diese Geschwindigkeit nicht linear mit der Temperatur zunimmt, sondern daß sie einen für diesen Stoff typischen intensiven Anfangspeak bildet, der bei den Temperaturen auftritt, die in der Überhitzungszone liegen, d. h. jenseits der kritischen Temperatur für die Flammbildung des Ummantelungsharzes.

Das Al(OH)₃ kann ohne weiteres mit der mineralischen Aus­ gangsverstärkung gemischt werden, da beide Stoffe als pul­ verförmige oder feinkörnige Feststoffe vorliegen.

Anstelle von 60 Gew.-% SiO₂ im fertigen Harz kann der größte Teil durch den feuerfesten Stoff ersetzt werden. So kann man z. B. eine Mischung herstellen mit 50% Al(OH)₃ und nur 10% SiO₂. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß der Anteil an Al(OH)₃ bis 25% (und damit 35% SiO₂) ge­ senkt werden kann, ohne daß die gute Widerstandsfähigkeit gegen Feuer der Ummantelung beträchtlich herabgesetzt wird.

Diese Werte, die für eine ursprüngliche Verstärkung von 60 Gew.-% festgelegt wurden, können entsprechend modifiziert werden.

Die nachstehenden Tabellen I, II und III stellen die Ergeb­ nisse und bezifferten Resultate von Laboratoriumsversuchen an einem Trockentransformator dar, um den Einfluß eines feuerfesten Stoffes (hier Al(OH)₃ und Zinkborat) auf die Parameterwerte darzustellen, die als repräsentativ für die Widerstandsfähigkeit gegen Feuer anerkannt sind und insbe­ sondere für Ummantelungsharze für die Wicklungen von Trockentransformatoren, d. h. den Sauerstoffindex, die Ver­ brennungsgeschwindigkeit und den oberen Brennwert.

Tabelle I

Sauerstoffindex

Das Material für die Ummantelung wurde wie folgt herge­ stellt: Der mineralische Verstärkungsstoff (Siliziumdio­ xid) wurde nach der Vermischung mit dem feuerfesten Stoff in entsprechender Menge zur Hälfte mit dem flüssigen Harz (Epoxydharz) ver­ mengt und zur anderen Hälfte mit einem Härter ebenfalls im flüssigen Zustand (einem Anhydrid). Diese beiden Gemische wurden vereinigt, mit­ einander vermengt und in einen Ofen mit 80 bis 150°C einge­ bracht.

Für die Versuche wurden die Meßmethoden gemäß den folgenden Vorschriften angewandt: UTE NF T51-071 bei 20°C und EDF HN20 M40 bis 80, 150 und 200°C.

Die Bereiche der Meßwerte spiegeln die Tatsache wider, daß der gemessene Sauerstoffindex in diesem Fall von der Her­ kunft des verwendeten handelsüblichen Aluminiumoxids ab­ hängt. Felder mit einem Schrägstrich geben überflüssige Messungen an. Die entsprechenden Meßwerte sind im Vergleich zu denjenigen, die bei 20°C erhalten wurden, nicht akzeptabel, da sie zu stark von dem vorgegebenen Sauerstoffindex abweichen.

Man sieht sofort, daß für einen gesamten Verstärkungsgrad von 60% der Mindestgehalt an Al(OH)₃ 20 bis 25% beträgt. Jenseits dieses Gehaltes ist der vorgegebene Sauerstoffin­ dex nicht mehr wirksam einzuhalten. Zusätzliche Messungen, die hier nicht dargestellt sind, haben ergeben, daß mit einer gesamten Verstärkung von 70 Gew.-% (erster Abschnitt der Tabelle) der Schwellwert für Al(OH)₃ auf 20% sinkt. Gleichzeitig beobachtet man, daß für Zinkborat die untere Schwelle erheblich höher liegt: Mindestens 50 Gew.-%, aus der die größere Wirksamkeit des Aluminium-orthohydroxids hervorgeht.

Die in Tabelle II dargestellten Verbrennungsgeschwindigkei­ ten wurden in der Vorrichtung gemessen, die zur Bestimmung des Sauerstoffindex verwendet wurde, auf Probekörpern in Form von langgestreckten Plättchen mit einer Länge von 100 mm, einer Breite von 6,5 mm und einer Dicke von 4 mm. Die Probenkörper wurden mit zwei in Längsrichtung hinter­ einander angeordneten Markierungen versehen, von denen die erste in einem Abstand von 10 mm von einem Ende und die zweite bei 60 mm angebracht wurde. Es wurde bei der Umge­ bungstemperatur die Verbrennungszeit zwischen den beiden Markierungen beobachtet und daraus die mittlere Verbren­ nungsgeschwindigkeit (in mm/s) als Funktion des Sauerstoff­ gehaltes in einem brennbaren Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff berechnet.

Tabelle II

Verbrennungsgeschwindigkeit

Die Angaben für die Meßwertbereiche haben die gleiche Be­ deutung wie in der vorhergehenden Tabelle.

Wie man sofort sieht, unterstützen die in Tabelle II wie­ dergegebenen Meßwerte diejenigen von Tabelle I dahinge­ hend, daß auch für das Kriterium Verbrennungsgeschwindig­ keit der einzuhaltende Schwellwert für die Menge von Al(OH)₃ in dem Ausgangsgemisch im wesentlichen bei 25 Gew.-% liegt (und bei etwas weniger als 50% für das Borat).

Diese Schlußfolgerungen behalten auch ihre Gültigkeit im Hinblick auf die nachstehend wiedergegebene Tabelle III, in der die Resultate für eine Reihe von Messungen bezüg­ lich des dritten Parameters dargestellt sind, nämlich des Brennwertes. Man erkennt, daß der maximal zulässige Wert von 11 MJ pro kg an Stoff niemals überschritten wird.

Tabelle III

Oberer Brennwert (Verfahren: Adiabatische Kalorimetrie gemäß UTE NF M 03-005.)

Aus den Tabellen geht eindeutig der Einfluß auf die Wider­ standsfähigkeit gegen Feuer der Zugabe in entsprechenden Mengen eines feuerfesten Stoffes zum Ausgangsharz hervor, durch Bildung und Beseitigung von Wasser, wie es die Erfin­ dung vorschlägt.

Die Resultate zeigen eine starke Wasserfreisetzung durch das Ummantelungsharz, wenn dieses ungewöhnlich hohe Tempe­ raturen annimmt. Dieses selbstgesteuerte Wärmeabsorptions- Phänomen verzögert und bremst den Verbrennungsvorgang des verstärkten Harzes und verleiht ihm die gewünschten selbst­ löschenden Eigenschaften.

Es ist klar, daß eine starke Wasserbildung im Inneren der Isoliermasse sich auf die Qualität des Ummantelungsharzes auswirkt. Diese verschlechtert sich während des Wasserbil­ dungsprozesses, so daß sie im allgemeinen nicht weiter ver­ wendbar ist. Der Transformator muß entweder ersetzt oder neu ummantelt werden.

Der Gewichtsverlust des feuerfesten Stoffes während des Temperaturanstieges zeigt seine Kapazität der Wasserbil­ dung an. Gemäß den Angaben der Lieferanten beträgt im Falle von Al(OH)₃ der Gewichtsverlust nahezu 30% bei einer Temperatur von 300°C. Dabei erfolgt er fast ausschließlich bei dieser Temperatur in Form eines schma­ len Peaks großer Amplitude, der die Heftigkeit und die Intensität des Phänomens beweist, wenn die Temperaturhöhe, die charakteristisch ist für diesen feuerfesten Stoff, er­ reicht ist.

Dies gilt für alle Sorten von Aluminium-orthohydroxid, die im Handel erhältlich sind, wie es in der nachfolgenden Tabelle IV dargestellt ist, die informationshalber die An­ gaben der Lieferanten des Aluminium-ortohydroxids wieder­ gibt.

Tabelle IV

Analyse der endothermischen Peaks der Wasserbildung (Temperaturanstieg von 25 auf 600°C mit konstantem Zuwachs von 10°C/min.)

Damit die durch den feuerfesten Stoff gemäß der Erfindung erwünschten Effekte in jeder Hinsicht zufriedenstellend sind, ist es nicht nur erforderlich, daß der Beginn des Peaks für die Wasserbildung bei geeigneten Temperaturen liegt, d. h. zwischen der Temperatur für den Normalbetrieb und derjenigen, bei der die Ummantelung sich entflammt, sondern auch daß eine Wasserbildung tatsächlich nur bei un­ gewöhnlicher Überhitzung auftritt. Mit anderen Worten, es muß vermieden werden, daß eine vorzeitige Zersetzung des Ummantelungsharzes auftritt, z. B. durch eine ungewollte Wasserbildung zwischen der Umgebungstemperatur und der er­ höhten Temperatur für den Normalbetrieb des Transformators.

Diese Schwierigkeit wird durch das zweite erfindungswesent­ liche Merkmal vermieden, nämlich das gesteuerte vorherige Altern des Harzes, wie es im folgenden beschrieben ist.

2) Teilweiser vorheriger Wasserentzug des zugegebenen feuerfesten Stoffes

Es handelt sich dabei um einen frühzeitigen Wasserentzug, um zu verhindern, daß dieser später im Transformator auf­ tritt. Dieser Wasserentzug darf jedoch nur ein teilweiser sein, damit noch genügend Wasserbildung bei hohen Tempera­ turen gewährleistet ist, falls sich der Transformator in ungewöhnlicher Weise erwärmt, so daß eine Feuerbildung zu befürchten ist.

Dieser Wasserentzug erfolgt vorteilhafterweise durch vorherige Erhitzung des Al(OH)₃. Das Ziel ist dabei nicht eine vollständige Entfernung des Wassers, das sich in einem Temperaturbereich bilden kann zwischen der Umgebungs­ temperatur und der normalen Betriebstemperatur des Trans­ formators (was als flüchtiges Wasser bezeichnet wird auf­ grund der Tatsache, daß es bei niedriger Temperatur auftritt), sondern ein ausreichender Entzug, damit das ver­ bleibende flüchtige Wasser in einer derart geringen Menge vorliegt, daß keine Zersetzung des Harzes eintritt. Es konnte tatsächlich beobachtet werden, daß nicht vorerwärm­ tes Aluminium-orthohydroxid, das der mineralischen Verstär­ kung zugefügt wurde, zum Zusammenbruch des die elektri­ schen Wicklungen eines Versuchstransformators ummantelnden Harzes führte bei dessen Betriebstemperatur, so daß dieser unbrauchbar wurde. Ein einfaches Verfahren für den teilwei­ sen Wasserentzug des feuerfesten Stoffes mittels Vorerwär­ mung besteht darin, die Kurve des Gewichtsverlustes als Funktion der Zeit aufzustellen. Für einen zum ersten Mal verwendeten Stoff kann man dabei vorteilhafterweise wie folgt vorgehen:

• - In einem ersten Schritt wird eine zu analysierende Probe untersucht hinsichtlich der auftretenden Wassermenge wäh­ rend eines längeren Aufenthaltes bei konstanter Tempera­ tur, die gleich oder ungefähr gleich der normalen Betriebs­ temperatur des Transformators ist;
• - in einem zweiten Schritt wird dieses Mal das gesamte Material ziemlich schnell auf eine relativ hohe Temperatur erwärmt, wie es während des industriellen Betriebs auftre­ ten kann, damit der Gewichtsverlust entsprechend dem Was­ serbildungsprozeß in der vorhergehenden Phase zu messen ist.

Es sei angemerkt, daß der zweite Schritt bei jeder Harzher­ stellung zu wiederholen ist während der erste in der Tat nur ein einziges Mal erforderlich ist, damit ein feuerfester Stoff, der bis dahin noch nicht für diesen Zweck verwendet worden ist, zu untersuchen ist.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kurven entsprechen dem ersten Schritt mit den zu analysierenden Proben und zeigen das Verhalten bei verschiedenen Temperaturberei­ chen, den Gewichtsverlust als Funktion der Zeit bei bestimmten Temperaturbereichen. Die Kurven beziehen sich auf einige der in Tabelle IV dargestellten Sorten von Alu­ minium-orthohydroxid, wobei am rechten Ende einer jeden Kurve die Herstellerbezeichnung angegeben ist. Dabei wurden drei Temperaturwerte berücksichtigt, nämlich 140, 160 und 180°C, um so die üblichen Betriebsbedingungen eines Transformators abzudecken. Um die Figuren nicht unnö­ tig zu überladen, sind die drei zusammengehörenden Kurven­ bereiche in den beiden Figuren getrennt dargestellt: Fig. 1 vereinigt die Kurven für 140°C (unterbrochene Kurven) und 160° (durchgezogene Kurven); die Kurven für 180°C sind durchgezogen in Fig. 2 dargestellt.

Man erkennt, daß alle Kurven einen vorteilhaften im allge­ meinen logarithmischen Verlauf annehmen mit schnellem An­ stieg zu Beginn, gefolgt von einem leicht gegenüber der Waagrechten ansteigenden Plateau, das um so schneller er­ reicht wird, je höher die Arbeitstemperatur ist. Aus der Kurve für 180°C in Fig. 2 geht hervor, daß der größte Teil des flüchtigen Wassers (ca. 80%) bereits am Ende von 140 Stunden von den insgesamt 700 Stunden Testdauer gebildet worden ist. Der Gewichtsverlust beträgt also zwischen 5,3% und 2,5% je nach Sorte des verwendeten Stoffes.

Das Auftreten und die Stabilität der Plateaus wurde unter­ sucht für aluminiumhaltige Stoffe, die vorher auf eine höhere Temperatur erwärmt wurden. So wurden zwei Tests mit der Bezeichnung M15 während 18 Stunden durchgeführt, einmal bei 180°C und einmal bei 200°C. Die Resultate sind in Fig. 1 in Form der beiden Geraden A und B dargestellt, deren Ordinaten bei 1,6 und 4,2 Gew.-% für 180 bzw. 200°C liegen. Sie sind quasi waagrecht, wodurch die Unempfind­ lichkeit der Proben während einer zweiten Erwärmung auf eine niedrigere Temperatur dargestellt ist, aufgrund der Tatsache, daß fast die gesamte Menge ihres flüchtigen Was­ sers bei 140° oder bei 160°C während des ersten Erwärmungs­ prozesses entfernt worden ist.

Aus Fig. 2 hingegen geht hervor, daß am Ende von 18 Stun­ den bei 180°C eine Probe M15 sich kaum auf halber Höhe des Abschnitts des schnellen Anstiegs des Gewichtsverlustes durch Wasserentzug befindet.

Wie man sieht, zeigen die Kurven vorteilhafte charakte­ ristische Eigenschaften, aus denen sich leicht der Grad des teilweisen vorhergehenden Wasserentzugs ableiten läßt. So kann man z. B. als Kriterium den Beginn des Plateaus aus­ wählen und als Menge des zu entfernenden flüchtigen Was­ sers den Wert nehmen, der bei Beginn dieses Plateaus von der Ordinate abgelesen werden kann.

Die Figuren zeigen, daß für den Stoff mit der Bezeichnung S65/40 ein Gewichtsverlust von 2,5% in Frage kommt, bei einer Betriebstemperatur des Transformators von 140°C und von 4% bei 160°C sowie von 5,5% bei 180°C.

Für den Stoff mit der Bezeichnung M15 kommt ein vorheriger Gewichtsverlust von 2% bei einem Betrieb des Transforma­ tors bei 160°C in Frage und von 3,5% bei 180°C.

Bei 140°C zeigt die Kurve für diesen Stoff ein weniger typisches Verhalten. Es wurde noch festgestellt, daß ein Wert von 0,7%, der nach etwa 500 Stunden erhalten wurde, zu einem zufriedenstellenden Ergebnis führt.

Ganz allgemein läßt sich also sagen, daß ein vorheriger Ge­ wichtsverlust in der Größenordnung zwischen 0,5% und 10% für alle feuerfesten Stoffe ausreicht, die zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Frage kommen.

Für den industriellen Einsatz genügt es also, der Masse an feuerfestem Stoff mittels Erwärmungsverfahren in einem Ofen das Wasser zu entziehen und dabei den Gewichtsverlust zu überwachen, z. B. durch Gravimetrie mittels einer automa­ tischen Waage, deren Waagschale im Ofen angeordnet ist.

Im Falle eines aluminiumhaltigen Stoffes der Bezeichnung M15 konnte ein Gewichtsverlust von 3,5% für den Einsatz in einem Transformator bei 180°C nach sechs Stunden Erwärmung auf nur 200°C erhalten werden.

Das Erwärmen erfolgt bei höheren Temperaturen natürlich schneller. Um jedoch ein ausreichendes Wasserbildungsvermö­ gen für den Fall einer ungewöhnlichen Überhitzung beizube­ halten, ist dafür zu sorgen, daß die Temperatur, die den Beginn des Wasserbildung-Peaks für den verwendeten Stoff bezeichnet, nicht überschritten wird und vorzugsweise un­ terschritten wird, wobei einige Werte in der vorstehenden Tabelle IV angegeben worden sind.

Sofern man wünscht, nicht mit Gravimetrie arbeiten zu müssen, insbesondere im Hinblick auf die großen Stoffmen­ gen, die zu verarbeiten sind, so kann man auch in einem Zwischenschritt den angestrebten Gewichtsverlust durch die Heizdauer ausdrücken. Dies kann mittels einer zweiten Meß­ probe des in Frage kommenden feuerfesten Stoffs erfolgen, dessen Gewichtsverhältnis an abzusonderndem Wasser bekannt ist und die einer schnellen Aufheizung auf eine vorgegebene erhöhte Temperatur unterworfen wird. Die Aufheizung erfolgt mit kontinuierlicher Gewichtsmessung der Probe, damit die Zeit festzustellen ist, die dem Gewichtsverlust entsprechend dem bekannten Verhältnis an abzusonderndem Wasser entspricht. Der Meßwert legt die Dauer des Heizvor­ gangs fest bei einer Temperatur, die genau derjenigen des Zwischenschrittes entspricht und der man die zu behandelnde feuerfeste Masse unterwirft.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, sich über diesen Ver­ fahrensschritt mittels der Gravimetrie bei erhöhter Tempe­ ratur, z. B. 1200°C, Gewißheit zu verschaffen, wobei der Ge­ halt an verbleibendem Wasser einer Probe bestimmt wird, die für diesen Zweck von der zu behandelnden feuerfesten Masse entnommen wird. Durch Vergleich mit dem gesamten Wassergehalt zu Beginn (üblicherweise in der Größenordnung von 20 bis 35 Gew.-%) der zuvor in analoger Weise an einer Referenzprobe festgestellt worden ist, läßt sich feststel­ len, ob die tatsächlich abgesonderte Menge an flüchtigem Wasser der angestrebten Menge entspricht.

Es sei betont, daß die Heizzeit nicht völlig unabhängig von der Körnigkeit des Stoffes ist. Während der Versuche wurde festgestellt, daß eine grobe Körnigkeit gelegentlich zu einem größeren Gewichtsverlust führte als eine feine Körnigkeit für die gleiche gegebene Heizzeit.

Es sei ferner betont, daß die Werte für die vorstehenden Gewichtsverluste, abgelesen aus den Testkurven, die sich auf Proben bezogen, keineswegs eine obere, nicht zu über­ schreitende Grenze darstellen. Da jedoch diese Werte jeweils dem Anfang des Plateaus entsprechen, besteht im Prinzip keine Notwendigkeit, die Heizphase unnötig lange aus­ zudehnen, um so einige Zehntel Prozent zu gewinnen, die in jedem Fall zu unbedeutend sind, um einen Wasseraustritt zu bewirken, der die Qualität des Ummantelungsharzes herab­ setzen könnte.

Es ist klar, daß die dargestellten Kurven für die normalen erhöhten Betriebstemperaturen des Transformators das Ver­ halten des sogenannten flüchtigen Wassers bei diesen Tempe­ raturen darstellen. Bei höheren Temperaturen liegen die Plateaus auf höheren Niveaus und werden schneller erreicht, insbesondere bei der Temperatur des für die ver­ wendete feuerfeste Substanz charakteristischen Peaks, wel­ che, wie dargelegt, in der Nähe von 300°C für alte unter­ suchten Sorten von Al(OH)₃ liegt.

Der derart vorbehandelte feuerfeste Stoff ist fertig zum Einsatz. Die endgültige Herstellung des für die Ummante­ lung fertigen Harzes erfolgt auf herkömmliche Art und Wei­ se: Die mineralische Verstärkung, nachdem sie mit einer ge­ eigneten Menge eines teilweise entwässerten feuerfesten Stoffs gründlich vermischt worden ist, wird in zwei glei­ che Hälften unterteilt. Die eine Hälfte wird in das Bad aus reinem Harz eingefüllt und die andere Hälfte in den Härter, der ebenfalls im flüssigen Zustand ist. Diese bei­ den Gemische werden getrennt voneinander miteinander ver­ mischt, damit sie zwei fest-flüssige Suspensionen bilden, und danach zu einem einzigen Gemisch vereinigt, das wiede­ rum vermischt wird, damit eine gute Homogenität zu erzielen ist. Der erhaltene Brei wird anschließend in eine Gießform ein­ gefüllt, in der vorher die elektrische Wicklung des Trans­ formators eingebracht worden ist, der zu ummanteln ist. Nach dem Eingießen wird die Gießform in einen Ofen gebracht, damit das Harz erstarren kann. Nach dem Ent­ nehmen aus dem Ofen und dem Abkühlen wird der Harzblock mit der darin angeordneten Wicklung von der Gießform be­ freit und kann anschließend mit dem Transformator vereinigt werden.

Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die ange­ führten Transformatoren beschränkt, sondern umfaßt alle Arten von elektrischen Induktionsapparaten oder -ausrüstun­ gen, die bei relativ hohen Temperaturen im Bereich von 100 bis 200°C arbeiten und deren elektrische Wicklungen von einem isolierenden Harzblock ummantelt werden.

Obwohl die Erfindung ursprünglich auf durch Wärme aushärt­ bare Harze gerichtet war (Ummantelung von Induktionswick­ lungen, insbesondere in Transformatoren), läßt sie sich auf alle dielektrischen Ummantelungsmaterialien anwenden. Dies betrifft insbesondere elektrische Installationen mit einer langen Lebensdauer bei erhöhten Temperaturen. Dies bedeutet, daß sich die Erfindung vorteilhafterweise auch auf Ummantelungsharze anwenden läßt, die bereits gute thermomechanische Eigenschaften aufweisen.

Claims (9)

1. Trockentransformator, dessen wenigstens eine Wicklung mit einer elektrisch isolierenden verstärkten Harzschicht ummantelt ist, die einen feuerfesten, bei ansteigender Temperatur Wasser abgebenden Stoff aufweist, wobei ein Teil der Verstärkung, wenigstens 20% des Gesamtgewichts des Ummantelungsharzes, aus diesem feuerfesten Stoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dem feuerfesten Stoff zuvor teilweise das Wasser entzogen worden ist, und zwar in einer derartigen Menge, daß keine Wasserbildung im Ummantelungsharz auftritt, welche dessen Qualität beeinträchtigen könnte, während der Transformator im normalen Temperaturbereich betrieben wird.

2. Trockentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Stoff, gegenüber seinem ursprünglichen Zustand ohne Wasserentzug, einen Gewichtsverlust von ungefähr 0,5 bis 10% aufweist.

3. Trockentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Stoff Aluminiumorthohydroxid ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden verstärkten Harzes zum Ummanteln von elektrischen Wicklungen von Trockentransformatoren, wobei dem Ausgangsharz zusätzlich zur Verstärkung ein feuerfester, bei ansteigender Temperatur Wasser abgebender Stoff in einer Menge von wenigstens 20% des Gesamtgewichtes des Ummantelungsharzes zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor diesem Stoff teilweise das Wasser entzogen wird, und zwar so viel, daß keine Wasserbildung auftritt, welche die Haltbarkeit des Ummantelungsharzes beeinträchtigen könnte, sofern der Transformator im normalen Temperaturbereich betrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Stoff dem Wasserentzug so lange unterworfen wird, bis er einen Gewichtsverlust zwischen ungefähr 0,5 und 10% seines ursprünglichen Gewichts erzielt hat.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad des Wasserentzugs des feuerfesten Stoffs, der zum ersten Mal verwendet wird, dadurch bestimmt wird, daß eine Meßprobe genommen wird, die einem langdauernden Heizvorgang bei konstanter Temperatur unterworfen wird, wobei letztere kleiner ist als diejenige, bei der die Höchstmenge an Wasserabscheidung des verwendeten feuerfesten Stoffs auftritt, und daß die Entwicklung des Gewichtsverlustes der Probe mit der Zeit festgestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserentzug des feuerfesten Stoffes dadurch erfolgt, daß er einer schnellen Erwärmung unterworfen wird, bis sein Gewichtsverlust der Menge an abzusonderndem Wasser entspricht, gemäß einem vorher festgelegten Verhältnis an einer Meßprobe, bei der man den Gewichtsverlust als Funktion der Zeit festgestellt hat, während eines langdauernden Erwärmens auf eine Temperatur, die kleiner als diejenige, bei der die Höchstmenge an Wasserabscheidung für den feuerfesten Stoff auftritt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle Erwärmung während einer Dauer erfolgt, die durch ein Heizverfahren festgelegt ist, das bei identischer Temperatur durchgeführt wurde, und zwar mittels Gewichtsmessung einer Probe des verwendeten feuerfesten Stoffs, bis diese einen Gewichtsverlust aufweist, der der Menge des gewünschten abzusondernden Wassers entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vorher die abzusondernde Wassermenge festgelegt worden ist durch Verfolgung des zeitlichen Gewichtsverlustes einer Meßprobe, die einer lang dauernden Erwärmung bei konstanter Temperatur unterworfen worden ist, welche kleiner ist als diejenige, bei der die höchste Wasserabgabe für den verwendeten feuerfesten Stoff auftritt.