DE4438187A1

DE4438187A1 - Electrical conductor for windings with distributed overload voltage protection

Info

Publication number: DE4438187A1
Application number: DE19944438187
Authority: DE
Inventors: Kurt Zerzawy
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1996-05-02

Abstract

An electrical conductor (1) of a type suitable for windings in such as rotating machines or transformers, has a covering of material (2) with a voltage limiting current-voltage characteristic. Upto a specific voltage the material resistance is large. When the voltage exceeds a threshold value the current rises dramatically due to a drop in resistance. Such a characteristic is provided by material such as Zn.O and Si.C. The winding material can be produced of rectangular section conductor.

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter für Wicklungen, insbesondere von Transformatoren und rotie renden Maschinen, nach dem Oberbegriff des ersten An spruchs.The invention relates to an electrical conductor for Windings, especially of transformers and rotie machines, according to the generic term of the first type saying.

State of the art

Ein solcher Leiter ist zum Beispiel aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A1-0 030 338 bzw. dem Europäischen Pa tent EP-B1-0 116 367 bekannt. Da die Leiter einer Wick lung übereinander liegen, müssen sie unter sich und ge genüber einem allfälligen Gehäuse isoliert sein. Dies wird nach dem Stand der Technik durch isolierende Schich ten zwischen den Leitern bzw. zwischen den Leitern und dem Gehäuse erreicht, wobei die Schichten die Leiter um manteln oder zwischen zwei benachbarten Leitern eingelegt sind. Such a leader is from the European, for example Patent application EP-A1-0 030 338 or the European Pa tent EP-B1-0 116 367 known. Since the ladder of a wick stacked on top of each other, they must be under and be insulated from any housing. This is according to the prior art by insulating layer between the conductors or between the conductors and reached the housing with the layers around the conductors sheath or inserted between two adjacent conductors are.

Untersuchungen an Transformatoren, die in elektrische Lo komotiven eingesetzt werden, haben ergeben, daß durch hochfrequente Spannungen, die durch einen Lichtbogen beim Einschalten z. B. eines Vakuumschalters erzeugt werden, Überschläge in der Isolation eines Transformators auftre ten können. Die Überschläge treten insbesondere zwischen zwei benachbarten Leitern bzw. von einem Leiter zum Ge häuse auf. Aus diesem Grund müssen sowohl die Primär- wie die Sekundärseite des Transformators mit Überspannungsab leitern geschützt werden. Diese hochfrequenten Überspan nungen können ein Vielfaches der Nennspannung annehmen und sind insbesondere wegen der immer vorhandenen Streu kapazitäten des Transformators sehr gefährlich.Investigations on transformers used in electrical Lo comics are used, have shown that by high - frequency voltages caused by an arc when Turn on z. B. a vacuum switch are generated, Arcing occurs in the insulation of a transformer can. The rollovers occur in particular between two adjacent conductors or from one conductor to Ge open up. For this reason, both the primary and the secondary side of the transformer with overvoltage ladders are protected. This high frequency surge voltage can assume a multiple of the nominal voltage and are especially because of the always present litter capacities of the transformer very dangerous.

Bei den untersuchten Transformatoren fand man aufgrund der Überschläge im Transformator selber lokale Beschädi gungen der Isolationsschicht. Diese Beschädigungen ver mindern die Lebensdauer eines Transformators erheblich. Ähnliche Beobachtungen wurden im übrigen auch bei Wick lungen rotierender elektrischer Maschinen gemacht.With the investigated transformers one found on the flashover in the transformer itself local damage insulation layer. This damage ver significantly reduce the life of a transformer. Similar observations were also made with Wick made of rotating electrical machines.

Presentation of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektri schen Leiter für Wicklungen anzugeben, bei welchem lokale Überschläge in der Wicklung vermieden werden können. Dies ermöglicht den Verzicht auf spezielle Überspannungsablei ter und öffnet damit den Weg zu einer kompakteren, ko stengünstigeren und zuverlässigeren Bauweise.The object of the present invention is an electrical to specify the conductor for windings at which local Flashovers in the winding can be avoided. This makes it possible to dispense with special surge arresters ter and thus opens the way to a more compact, ko less expensive and more reliable design.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Leiter der ein gangs genannten Art durch die Merkmale des ersten An spruchs gelöst. This task is the one with an electrical conductor initially mentioned type by the characteristics of the first type solved.

Kern der Erfindung ist es also, daß der Überspannungs schutz im Transformator integriert und auf die Leiter verteilt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die die Leiter umhüllende Schicht bzw. die zwischen zwei benach barte Leiter gelegte Schicht aus einem Material besteht, welches eine spannungsbegrenzende Strom-Spannungskennli nie z. B. ähnlich einem Varistor aufweist. Die Schicht nach der Erfindung liegt direkt an die Leiter an und be ginnt ab einer bestimmten Spannung zu leiten. Auf diese Art werden Überspannungen direkt in der Wicklung abgelei tet und ein lokale Beschädigung der Isolationsschicht ist ausgeschlossen. Der integrierte Überspannungsschutz ist frequenzunabhängig, so daß auf eine spezielle Beschal tung mit Überspannungsableitern verzichtet werden kann.The essence of the invention is therefore that of the overvoltage Protection integrated in the transformer and on the conductors is distributed. This is achieved in that the Conductor enveloping layer or the between two neighboring barte ladder laid layer consists of a material which is a voltage-limiting current-voltage characteristic never z. B. similar to a varistor. The layer according to the invention lies directly on the conductor and be starts to conduct from a certain voltage. To this Overvoltages are absorbed directly in the winding tet and there is local damage to the insulation layer locked out. The integrated surge protection is frequency-independent, so that on a special scarf device with surge arresters can be dispensed with.

Als Material für die Schicht nach der Erfindung wird vor zugsweise Zinkoxid (ZnO) oder Siliziumkarbid (SiC) ver wendet.As a material for the layer according to the invention is before preferably zinc oxide (ZnO) or silicon carbide (SiC) ver turns.

Der Vorteil eines erfindungsgemäßen Leiters besteht ins besondere darin, daß die Lebensdauer der mit einem sol chen Leiter bewickelten Maschinen zunimmt, da Überschläge in der Wicklung nicht mehr auftreten, sondern die verur sachende Überspannung lokal begrenzt wird.The advantage of a conductor according to the invention is special in that the life of a sol Chen winding machine increases because of rollovers no longer occur in the winding, relevant overvoltage is limited locally.

Brief description of the drawings

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert.The invention will now be described with reference to embodiments play in connection with the drawings tert.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Zwei benachbarte Leiter einer Wicklung, die mit einer Schicht nach der Erfindung ummantelt sind; Figure 1 Two adjacent conductors of a winding, which are coated with a layer according to the invention.

Fig. 2 Mehrere Leiter einer Wicklung, zwischen welchen eine Schicht nach der Erfindung eingefügt ist; Fig. 2 Several conductors of a winding, between which a layer according to the invention is inserted;

Fig. 3 Eine Ersatzschaltung einer Anordnung z. B. nach Fig. 1; Fig. 3 An equivalent circuit of an arrangement such. B. of Fig. 1;

Fig. 4 Eine Ersatzschaltung einer Anordnung z. B. nach Fig. 2; Fig. 4 is an equivalent circuit of an arrangement such. B. of Fig. 2;

Fig. 5 Eine Strom-Spannungskennlinie eines Materials, das für eine Schicht nach der Erfindung verwen det werden kann; Fig. 5 is a current-voltage characteristic of a material that can be used for a layer according to the invention;

Fig. 6a, b Einen möglichen Aufbau einer Schicht nach der Erfindung. Fig. 6a, b a possible structure of a layer according to the invention.

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und de ren Bedeutung sind in der Bezeichnungsliste zusammengefaßt aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.The reference numerals used in the drawings and de ren meaning are summarized in the list of names listed. Basically are in the figures Identical parts with the same reference numerals.

Ways of Carrying Out the Invention

Fig. 1 zeigt zwei elektrische Leiter 1, welche z. B. in einer Wicklung übereinanderliegen. Die Leiter 1 sind mit einer Schicht 2 umgeben, welche nach der Erfindung aus einem Material mit einer spannungsbegrenzenden Strom- Spannungscharakteristik z. B. ähnlich einem Varistor be steht. Fig. 5 zeigt eine solche Stroms-Spannungscharak teristik. Bis zu einer bestimmten, materialbedingten Spannung U1 ist der Widerstand der Schicht 1 sehr groß. Sobald die Spannung U den Wert U1 überschreitet, steigt der Strom I drastisch an, d. h. der Widerstand nimmt ab. Derartige Kennlinien weisen z. B. die Materialien Zinkoxid (ZnO) und Siliziumkarbid (SiC) auf. Fig. 1 shows two electrical conductors 1 , which, for. B. lie one above the other in a winding. The conductor 1 is surrounded by a layer 2 , which according to the invention made of a material with a voltage-limiting current-voltage characteristic z. B. be similar to a varistor. Fig. 5 shows such a current-voltage characteristic. Up to a certain, material-related voltage U1, the resistance of layer 1 is very high. As soon as the voltage U exceeds the value U1, the current I increases drastically, ie the resistance decreases. Such characteristics have z. B. the materials zinc oxide (ZnO) and silicon carbide (SiC).

Verwendet man wie nach der Erfindung für die Schicht 2 zwischen den Leitern 1 Materialien mit einer solchen Cha rakteristik, so werden Überspannungen, welche wie ein gangs erläutert wurde Überschläge in der Isolation her vorrufen können, begrenzt.If one uses materials with such a characteristic as for the layer 2 between the conductors 1 , as in accordance with the invention, overvoltages, which as explained above can cause arcing in the insulation, are limited.

In Fig. 2 ist ein weiteres Beispiel für die Anordnung einer Schicht 2 nach der Erfindung dargestellt. Hier sind die Leiter 1 nicht mit der Schicht 2 ummantelt, sondern zwischen zwei in der Figur horizontal nebeneinanderlie genden Leitern 1 ist immer eine Schicht 2 eingelegt. Ebenso kann zwischen zwei Wicklungssträngen eine derar tige Schicht 2 vorgesehen sein.In FIG. 2, another example of the arrangement of a layer 2 is prepared according to the invention. Here, the conductors 1 are not coated with the layer 2 , but a layer 2 is always inserted between two conductors 1 lying horizontally next to one another in the figure. Likewise, such a layer 2 can be provided between two winding strands.

Als Ersatzschaltbild ergeben sich dann die Anordnungen, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Die Wicklungen sind als Induktivitäten dargestellt und die dazwischenliegenden halbleitenden Schichten als span nungsabhängige Widerstände. Wie man sieht, sind in Fig. 3 alle Wicklungen unter- und gegeneinander mit spannungs abhängigen Widerständen, welche erst ab einer bestimmten Spannung zu leiten beginnen (Varistor Charakteristik) verbunden. In Fig. 4 ist außerdem der Fall dargestellt, bei welchem die Wicklungen oder Induktivitäten auch ge genüber einem leitenden Gehäuse über eine halbleitende Schicht nach der Erfindung (Varistor) verbunden sind.The arrangements as shown in FIGS. 3 and 4 then result as an equivalent circuit diagram. The windings are shown as inductors and the intermediate semiconducting layers as voltage-dependent resistors. As can be seen, all windings in FIG. 3 are connected to one another with voltage-dependent resistors which only start to conduct from a certain voltage (varistor characteristic). In Fig. 4 also illustrates the case in which the coils or inductances also genüber a conductive housing via a semiconducting layer according to the invention (varistor) are connected ge.

Die Fig. 6a und 6b zeigen schließlich zwei Varianten, wie ein Schicht 2 nach der Erfindung aufgebaut sein kann. Da die Verbindung ZnO und SiC recht spröde sind und nicht einfach gebogen werden können, ist es von Vorteil, wenn das halbleitende Material 4 auf einen flexiblen, elek trisch leitenden Träger 3 aufgebracht wird (Fig. 6b) bzw. von einem derartigen Träger umgeben ist (Fig. 6a). Die Träger 3 müssen elektrisch leitend sein, da sonst kein elektrischer Kontakt zum halbleitenden Material 4 hergestellt wird. Eine weitere Variante besteht darin, daß ein Band, z. B. ein Textilband vorgesehen ist, wel ches mit dem halbleitenden Material, ggfs. unter Benut zung eines Harzes oder einer öl- oder fettartigen Sub stanz, getränkt wird. Die Leiter 1 werden dann mit derar tigen Bändern umwickelt oder die Bänder werden zwischen die Leiter 1 gelegt. Figs. 6a and 6b finally show two variants, such as a layer 2 may be constructed according to the invention. Since the connection ZnO and SiC are quite brittle and cannot be bent easily, it is advantageous if the semiconducting material 4 is applied to a flexible, electrically conductive carrier 3 ( FIG. 6b) or is surrounded by such a carrier ( Fig. 6a). The carriers 3 must be electrically conductive, since otherwise no electrical contact is made with the semiconducting material 4 . Another variant is that a tape, for. B. a textile tape is provided, wel ches with the semiconducting material, if necessary. Using a resin or an oil or grease-like substance is soaked. The head 1 are then wrapped with such tapes or the tapes are placed between the head 1 .

Um die halbleitende Schicht 2 direkt auf den Leiter 1 zu bringen, wird vorzugsweise, ggfs. nach einer Oberflächen behandlung (Aufrauhen der Oberfläche), ein Sinterprozeß verwendet. Eine weitere Variante ist Flammspritzen.In order to bring the semiconducting layer 2 directly onto the conductor 1 , a sintering process is preferably used, if necessary after a surface treatment (roughening the surface). Another variant is flame spraying.

Insgesamt steht also mit der Erfindung ein Leiter für Wicklungen aller Art zur Verfügung, welcher schädliche Überspannungen abzuleiten vermag, so daß die Isolation zwischen den Leitern nicht beschädigt wird.Overall, the invention therefore represents a conductor for All kinds of windings are available, which is harmful Can dissipate surges, so that the insulation between the conductors is not damaged.

BezugszeichenlisteReference list

1 Leiter
2 isolierende Schicht
3 Träger
4 halbleitendes Material
U, U1 Spannung
I Strom 1 leader
2 insulating layer
3 carriers
4 semiconducting material
U, U1 voltage
I current

Claims

1. Electrical conductor ( 1 ) for windings with at least one turn, in particular of transformers and rotating machines, with an isolating layer ( 2 ) which surrounds the conductor ( 1 ) and / or between the conductors ( 1 ) of two adjacent ones Windings is inserted, characterized in that the layer ( 2 ) consists of a semiconducting material, which has a voltage-limiting characteristic.

2. Electrical conductor according to claim 1, characterized in that the layer ( 2 ) consists essentially of zinc oxide or silicon carbide.

3. Electrical conductor according to claim 1 or 2, characterized in that the layer ( 2 ) comprises a band which is impregnated with the semiconducting material GE.

4. Electrical conductor according to claim 1 or 2, characterized in that the layer ( 2 ) comprises an electrically conductive carrier, to which the semiconducting material is applied.

5. Electrical conductor according to one of claims 1-4, characterized in that the semiconducting mate rial is a current-voltage characteristic similar to a Va ristor has.