DE4300352A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von trockenisolierten ein- oder mehrlagigen Röhrenspulen für Transformatoren, Drosseln oder dergleichen Induktionsgeräte mit minimalem Anteil brennbarer organischer Isolierstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung trockenisolierter Röhrenspulen für Transformatoren, Drosseln und dergleichen Induktionsgeräte mit einer oder mehreren Haupt lagen - bei letzteren sind Luftkanäle zwischen den Haupt lagen angeordnet - mit minimalem Anteil brennbarer Isolierstoffe, und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von trockenisolierten ein- oder mehrlagigen Röhrenspulen für Transformatoren, Drosseln oder dergleichen Induktionsgeräte, deren Wicklungen allseitig durch festen Isolierstoff, bestehend aus Harzlaminat wie Epoxy-Glaslaminat umgeben sind, das am Umfang und allen radial an Luft angrenzenden Stellen sowie zwischen den Einzellagen aus einer relativ dünnen Isolierschicht mit hohem Gewebeanteil insbesondere aus mineralischen Stoffen besteht, deren Einzelspulenverbindungen in festem Isolierstoff geführt werden, deren elektrische Verbindungen der einzelnen Haupt lagen, zwischen denen Luftkanäle und Stege angeordnet sind, in diesen Stegen geführt werden, und deren HV-Anschlüsse und Anzapfungen durch Anschlußdomplatten auf Anschlußdome geführt werden, sowie auf derart hergestellte Transformatoren und dergleichen.

Bei einem derartigen z. B. aus der DE 22 51 933 B2 bekannten Verfahren werden Gießharztransformatoren mit Isolierstoff bestehend aus Epoxyd-Glaslaminat hergestellt, dessen Glasfüllung am äußeren und inneren radialen Umfang sowie in den Isolierstrecken, welche an die Luftkanäle mit der Breite d angrenzen, außerordentlich hoch ist und ca. 70 bis 75% beträgt. Außerdem kann aufgrund des hohen Glasgehaltes in Gewebe- Matten- und/oder Vlies-, sowie verdrillter oder unverdrillter ein- oder mehrfacher Fadenform, die Isolierdicke sehr gering gehalten werden und beträgt Werte in der Größenordnung 1 bis 5 mm (je nach geforderter Spannungs- und dynamischer Festigkeit). Die hohe Dichte des Glasgehalts wird durch den Wickelzug auf die Leiterdrähte fertigungstechnisch ohne Probleme erreicht. Die Brandlast bzw. der Anteil brennbarer organischer Isolierstoffe ist in diesen Zonen also bereits auf ein denkbares Minimum reduziert. Das gleiche gilt für die Lagenisolation sowie bei Hochkant bzw. Flachdrahtwicklungen, bei denen eine Hauptlage nur aus einer Einzellage besteht.

Aus mehreren technischen und Qualitätsgründen sind in den o.a. Röhrenspulen Stege zwischen den einzelnen Hauptlagen und/oder eine oder mehrere Anschlußdomplatten zum äußeren Anschluß der Wicklungsenden bzw. Anzapfungen vorgesehen, die ebenfalls aus Epoxyd-Glaslaminat bestehen. Die Packung des Glasanteils in diesen Zonen kann jedoch aus fertigungstechnischen Gründen nicht so hoch sein wie am Umfang und an den Stellen, die an den Luftkanal angrenzen bzw. in der Lagenisolation oder zwischen den Einzeldrähten (Wickelzug). Eine etwas geringere Glaspackung besteht auch zwischen den Einzelspulen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die an sich schon relativ geringe Brandlast von Gießharzspulen nach der DE 22 51 933 B2 sowie anderer ein- oder mehrlagiger Ober- und Niederspannungsspulen bzw. Primär- und Sekundärwicklungen, deren Isolation im wesentlichen aus Harz-Laminat, unter anderem auch aus Epoxyd-Glaslaminat besteht noch erheblich weiter zu reduzieren, indem die mineralische nicht brennbare Füllung in Stegen, Domplatten, Zwischenräumen im absoluten Wert wesentlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stege zusätzlich zum Laminatgewebegehalt mit einer mineralischen, nicht brennbaren Füllung versehen werden, die während des Gießvorganges mit reinem Harz zusammen mit den stark gepreßten radial an Luft angrenzenden Gewebeteilen und denjenigen zwischen den Einzellagen vollständig imprägniert und eingegossen werden, daß die Anschlußdomplatten sowie die Anschlußdome für Wicklungsenden und Anzapfungen ebenfalls zusätzlich mit imprägnierfähigen mineralischen Füllstoffen versehen werden, und daß die Zwischenräume zwischen den Einzelspulen und/oder zwischen Wicklungsende und axialer Stirnfläche ebenfalls mit zusätzlichen mineralischen Füllstoffen versehen werden.

Mit der Erfindung wird der Mineralgehalt an den genannten Stellen der zusätzlichen mineralischen Füllstoffe noch weiter erhöht und der Anteil brennbarer organischer Stoffe reduziert.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 2 bis 7 hervor, während ein entsprechend hergestellter Transformator oder dergleichen im Anspruch 8 gekennzeichnet ist. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 9 näher beschrieben.

Die Aufgabe der Erfindung wird also insbesondere dadurch gelöst, daß man vor dem Verguß dieser Spulen mit reinem Harz niedriger Viskosität, die in Frage kommenden Stellen mit einer imprägnierfähigen, dichten Füllung von mineralischen Stoffen wie relativ grobem, polygonalem Quarzsand, Glasfaserschnitzeln oder sonstigen anorganischen Stoffen mit oder ohne Beimengung von Feuerhemmern wie z. B. Aluminiumhydroxyd versieht. Voraussetzung ist die homogene Durchimprägnierung dieser Zonen zusammen mit den absorbierenden, nicht vorimprägnierten Isolierteilen des übrigen Wickelkörpers zu einer homogenen Gießharzspule. Wie Versuche gezeigt haben, ist dies in einer den Fachmann überraschenden Weise hervorragend gelungen.

Die Beimengung von pulverartigen Mineralstoffen ist seit langem Stand der Technik. So befaßt sich die DE 34 30 586 A1 mit der Möglichkeit, eine Art grobmaschiger, vorimprägnierter Armierung an der radial Außen- und Innenseite einzulegen, um die mechanische Festigkeit des im übrigen Quarzmehl gefüllten (sehr kleine Körnung durch Aussieben des Quarzmehls mit kleinster Maschenweite) Formstoffes zu erhöhen und Risse zu vermeiden.

Dieses, wie alle anderen bekannten Verfahren, benützt Quarzmehl, das vor dem Vergießen mit Harz-Härter-Flexi-Beschleuniger-Farbpigment vermischt wird und eine zähe breiige Vergußmasse ergibt und nicht geeignet ist, um hochverdichtetes Laminatgewebe zu imprägnieren. Das Laminatgewebe würde für Quarzmehl-Harzgemisch als Stopfbuchse wirken und das Quarzmehl ausfiltern und festhalten. Eine Imprägnierung der Laminatgewebe - schon in geringem Abstand zur Einfüllstelle - wäre unmöglich. Aus diesem Grunde ist das in der DE 34 30 586 A1 vorgestellte Armierungsgewebe dünn, vorimprägniert und möglichst grobmaschig mit großen Zwischenräumen zwischen den Glasfäden. Auch der Zwischenraum zwischen Armierung und Wicklung ist relativ groß gehalten, um der breiigen, hochviskosen Gießmasse noch ein "Durchfließen" zu erlauben.

Gegenüber dieser Technik hebt sich das erfindungsgemäße Verfahren entscheidend ab, indem es die Vorteile der dichten Laminat-Füllung und der dadurch möglichen dünnen Isolierung mit einer dichten Mineralfüllung der weniger gepreßten Stellen verbindet. Dadurch wird auch dort ein Mineralfüllgrad von in der Größenordnung 75% erreicht und die relativ geringe Brandlast gemäß der DE 22 51 933 B2 auch in ein- oder mehrlagigen Unter- und Oberspannungsspulen im Absolutwert noch wesentlich erniedrigt.

Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf die typische Anordnung von Gießharzspulen gemäß der Erfindung - eine Phase ohne Kern - von oben; HV einlagig, LV zweilagig, eine Anschlußdomplatte,

Fig. 2 eine um 90 Grad nach unten geklappte Seitenansicht nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Achse A-B der Fig. 3 nur 45 grad Sektor,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich wie Fig. 3, jedoch HV und LV zweilagig, und

Fig. 5 einen Schnitt durch die HV-Spule allein, 180 Grad Sektor mit hochkant bzw. flach gewickelten Drähten mit rechteckigem Querschnitt und zwei Anschlußdomplatten.

Fig. 1 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Gießharz-Spulenanordnung ohne Darstellung des Kernes, bei der die Unterspannungswicklung 4 radial innen angeordnet ist und zwei Hauptlagen mit einem Luftkanal 5 besitzt. Die beiden Hauptlagen haben z. B. vier Zwischenstege 2 (es könnte auch eine andere Zahl sein, da erfindungsgemäß unerheblich), welche die Hauptlagen verbinden und zu einer homogenen, zylindrischen Röhrenspule machen, deren Wicklungsenden 7 an einer der beiden axialen Stirnflächen herausgeführt sind. Die Isolation besteht aus einem durch den Wickelzug dicht gepreßten Geflecht - vornehmlich aus Glasfasern -, welches nach dem Wickeln und Einbau in geeignete Formen mit reinem Harz umgossen und imprägniert wird, so daß nach dem Aushärten eine kompakte Röhrenspule entsteht, die durch ein dünnes Harzlaminat der Dicke s allseitig umschlossen ist. Der auf die Stege 2 ausgeübte Wickelzug ist etwas geringer, so daß der Füllgrad des mineralischen bzw. unbrennbaren Laminats dort nicht den gleich hohen Wert wie am Umfang erreichen kann. Die radial außen befindliche Hochspannungswicklung 3 ist hier einlagig dargestellt mit der dünnen Laminatdicke s am Umfang und ist aus Einzelspulen 3 zusammengesetzt, zwischen denen ein Abstand a besteht (siehe Fig. 2). Die Enden bzw. Anzapfungen der Wicklung sind über eine Domplatte 1 auf die Anschlußdome 6 geführt. Was für die Mineralfüllung der Stege 2 gesagt wurde, gilt auch für die Anschlußplatte 1, die Dome 6 sowie für die Zwischenräume mit dem Abstand a.

Wie weiter aus Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, ist die Laminatdicke s auf HV- und LV-Spule sehr gering. Das gleiche gilt für den Abstand zwischen den Einzellagen der Einzelspulen 3 der HV Wicklung.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der Spulenanordnung.

Hier ist die HV-Wicklung ebenfalls mit zwei Hauptlagen ausgeführt, zwischen denen Stege und Luftkanäle angeordnet sind.

In Fig. 5 besteht die HV-Wicklung aus flach bzw. hochkant gewickelten einzelnen Drähten, die mit einer einzigen Einzellage die ganze Hauptlage ausfüllen. Der Abstand zwischen den Einzeldrähten ist ebenfalls sehr gering.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von trockenisolierten ein- oder mehrlagigen Röhrenspulen für Transformatoren, Drosseln oder dergleichen Induktionsgeräte,

• - deren Wicklungen allseitig durch festen Isolierstoff, bestehend aus Harzlaminat wie Epoxy-Glaslaminat umgeben sind, das am Umfang und allen radial an Luft angrenzenden Stellen sowie zwischen den Einzellagen aus einer relativ dünnen Isolierschicht mit hohem Gewebeanteil insbesondere aus mineralischen Stoffen besteht,
• - deren Einzelspulenverbindungen in festem Isolierstoff geführt werden,
• - deren elektrische Verbindungen der einzelnen Haupt lagen, zwischen denen Luftkanäle und Stege angeordnet sind, in diesen Stegen geführt werden, und
• - deren HV-Anschlüsse und Anzapfungen durch Anschlußdomplatten auf Anschlußdome geführt werden,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Stege zusätzlich zum Laminatgewebegehalt mit einer mineralischen, nicht brennbaren Füllung versehen werden, die während des Gießvorganges mit reinem Harz zusammen mit den stark gepreßten radial an Luft angrenzenden Gewebeteilen und denjenigen zwischen den Einzellagen vollständig imprägniert und eingegossen wird,
• - daß die Anschlußdomplatten sowie die Anschlußdome für Wicklungsenden und Anzapfungen ebenfalls zusätzlich mit imprägnierfähigen mineralischen Füllstoffen versehen werden, und
• - daß die Zwischenräume zwischen den Einzelspulen und/oder zwischen Wicklungsende und axialer Stirnfläche ebenfalls mit zusätzlichen mineralischen Füllstoffen versehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche mineralische Füllstoff aus während des Gießvorganges mit reinem Harz imprägnierfähigem, für das Harz durchlässigem relativ grobkörnigem, polygonalen Mineralsand besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche mineralische Füllstoff vornehmlich aus Quarzsand besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche mineralische Füllstoff aus relativ kurzen mineralischen Fadenstücken mit und/oder ohne Vorbehandlung besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche mineralische Füllstoff vornehmlich aus Glasschnitzeln besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem mineralischen Füllstoff ein feuerhemmender Stoff ohne Halogene wie Aluminiumhydroxid beigemengt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Füllstoff nur aus nicht-halogenen Feuerhemmern besteht.

8. Transformator, Drossel der dergleichen Induktionsgerät mit ein- oder mehrlagigen Röhrenspulen, deren Wicklungen allseitig durch festen Isolierstoff, bestehend aus Harzlaminat wie Epoxy-Glaslaminat umgeben sind, das am Umfang und allen radial an Luft angrenzenden Stellen sowie zwischen den Einzellagen aus einer relativ dünnen Isolierschicht mit hohem Gewebeanteil insbesondere aus mineralischen Stoffen besteht,

• - deren Einzelspulenverbindungen in festem Isolierstoff geführt sind,
• - deren elektrische Verbindungen der einzelnen Haupt lagen, zwischen denen Luftkanäle und Stege angeordnet sind, in diesen Stegen geführt sind, und
• - deren HV-Anschlüsse und Anzapfungen durch Anschlußdomplatten auf Anschlußdome geführt sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Stege zusätzlich zum Laminatgewebegehalt mit einer mineralischen, nicht brennbaren Füllung versehen sind, die während des Gießvorganges mit reinem Harz zusammen mit den stark gepreßten radial an Luft angrenzenden Gewebeteilen und denjenigen zwischen den Einzellagen vollständig imprägniert und eingegossen ist,
• - daß die Anschlußdomplatten sowie die Anschlußdome für Wicklungsenden und Anzapfungen ebenfalls zusätzlich mit imprägnierfähigen mineralischen Füllstoffen versehen sind, und
• - daß die Zwischenräume zwischen den Einzelspulen und/oder zwischen Wicklungsende und axialer Stirnfläche ebenfalls mit zusätzlichen mineralischen Füllstoffen versehen sind.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Herstellung von trockenisolierten ein- oder mehrlagigen Röhrenspulen für Transformatoren, Drosseln oder dergleichen Induktionsgeräte,

• - deren Wicklungen allseitig durch festen Isolierstoff, bestehend aus Harzlaminat wie Epoxy-Glaslaminat umgeben sind, das am Umfang und allen radial an Luft angrenzenden Stellen sowie zwischen den Einzellagen aus einer relativ dünnen Isolierschicht mit hohem Gewebeanteil insbesondere aus mineralischen Stoffen besteht,
• - deren Einzelspulenverbindungen in festem Isolierstoff geführt werden,
• - deren elektrische Verbindungen der einzelnen Haupt lagen, zwischen denen Luftkanäle und Stege angeordnet sind, in diesen Stegen geführt werden, und
• - deren HV-Anschlüsse und Anzapfungen durch Anschlußdomplatten auf Anschlußdome geführt werden.