DE4445423A1 - Verfahren zum Herstellen von Wicklungen für einen Trockentransformator - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Wicklungen für einen TrockentransformatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wick
lungsblocks eines Trockentransformators für den Einsatz als Ver
teilungstransformator mit jeweils einer Wicklung für die Unter
spannung (US-Wicklung) und für die Oberspannung (OS-Wicklung),
die jeweils gegeneinander sowie lagenweise untereinander elek
trisch isoliert sind, indem zunächst die Wicklung für die Unter
spannung aus elektrisch leitendem Draht oder Bandmaterial herge
stellt und mit einer Isolationsschicht aus harzgetränkten Faser
material, z. B. Rovings, umwickelt wird, worauf dann lagenweise
die Wicklung für die Oberspannung aufgebaut wird, deren einzelne
Lagen jeweils mittels harzgetränkter Faserrovings gegeneinander
isoliert werden, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten
Trockentransformator.
Trockentransformatoren sind an sich bekannt. Bei dieser Art von
Transformator wird die im Betrieb auftretende Verlustwärme un
mittelbar an die Umgebungsluft abgegeben im Unterschied zu soge
nannten Öltransformatoren, bei welchen die Transformatorspulen
in einem mit Isolieröl gefüllten Behälter angeordnet sind und
das Isolieröl die zusätzliche Funktion als Wärmeträger übernimmt
und die Verlustwärme an die häufig gerippte, mit der Umgebungs
luft in Verbindung stehende Behälterwand überträgt.
Ein weiterer Unterschied, die Isolation zwischen den einzelnen
Wicklungslagen jeder Spule betreffend, besteht darin, daß bei
den Trockentransformatoren der die Öltransformatoren gegen Ein
wirkungen von außen schützende Blechmantel entfällt. Demgemäß
müssen die Spulen der Trockentransformatoren beziehungsweise de
ren Oberfläche einen vergleichbaren Schutz aufweisen, ohne daß
die Wärmeabfuhr hierdurch wesentlich beeinträchtigt ist.
Um den vorstehenden Anforderungen zu entsprechen, können die
Wicklungen der Spulen von Trockentransformatoren bekannterweise
mit kunstharzgetränkten Faserrovings, vorzugsweise aus Glasfa
sern, umwickelt werden. Dabei werden diese Faserrovings jeweils
lagenweise aufgebracht und dienen so auch zur Isolation der ein
zelnen Wicklungslagen untereinander. Das Aufbringen der einzel
nen Drahtlagen und der Isolierlagen erfolgt im allgemeinen mit
Hilfe sogenannter Wickelvorrichtungen, die ähnlich wie eine
Drehbank gestaltet sind, wobei der spätere Spulenkörper zwischen
einem Spindelstock und einem Reitstock eingespannt ist und der
Wicklungsdraht und die Faserrovings jeweils von der Seite über
einen supportähnlichen Führungsschlitten zugeführt werden.
Um eine möglichst gleichmäßige Ausbildung des elektromagnetischen
Feldes der einzelnen Spulen zu erreichen, werden die Oberspan
nungswicklungen der Transformatorspulen vorzugsweise in Form so
genannter Gruppenwicklungen aufgebaut. Dabei sind die Wicklungs
lagen in bezug auf die gesamte Spulenlänge aufgeteilt in mehrere
nebeneinander befindliche Gruppen, die jedoch elektrisch mitein
ander in Serie geschaltet sind. Dies wiederum erfordert beim
Aufbau der einzelnen Wicklungslagen jeweils eine Auftrennung der
Wicklung, das heißt das Abschneiden des dieser Lage zugeordneten
Wicklungsdrahtes, und nach erfolgtem Aufbringen der jeweiligen
zugeordneten Isolierlage die galvanische Verbindung der Drahten
den miteinander, was üblicherweise mittels Lötverbindung er
folgt.
Diese Prozedur ist sehr zeitaufwendig und personalintensiv. Sie
erfordert darüberhinaus eine erhöhte Aufmerksamkeit der hiermit
befaßten Person.
Ausgehend von dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik ist
es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten
Art anzugeben, das einfach durchführbar ist und die aufgezeigten
Schwierigkeiten vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Dementsprechend ist vor
gesehen, daß vor dem Aufbringen der US-Wicklung die für die La
genisolierung maximal erforderliche Isolierdicke und die dieser
Isolierdicke entsprechende Anzahl von Faserrovings bestimmt
wird, daß die Herstellung jeder Wicklungslage und der zugehöri
gen Isolierlage gleichzeitig mit räumlichem Versatz zueinander
erfolgt und daß die Einstellung der erforderlichen Isolierdicke
einerseits über den Wickelvorschub der Faserrovings und anderer
seits über deren Anzahl erfolgt.
Damit ist eine quasi stufenlose Anpassung der Isolierdicke der
Isolierlagen an die jeweiligen Erfordernisse gewährleistet. Dar
überhinaus ist neben den rein auf die Fertigungssicherheit bezo
genen Gesichtspunkten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein
erheblicher Zeitgewinn verbunden, da einzelne Fertigungsab
schnitte bei der Herstellung der Gruppenwicklungen, zum Beispiel
die Herstellung der jeweiligen Lötverbindungen, entfallen kön
nen.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung er
weist es sich als günstig, daß die zur Bildung der Isolierlage
vorgesehenen Faserrovings vor dem Aufbringen der Wicklungslage
aufgebracht werden. Dabei wird die größte Isolierdicke einer
Isolierlage bei einer Umdrehung mit dem Vorschub 0 erreicht, das
heißt, wenn die Wicklung eine volle Umdrehung vollzieht, ohne
daß eine Längsverlagerung des Faserrovings einhergeht. Anderer
seits bedeutet dies auch, daß lediglich durch unterschiedlichen
Vorschub eine unterschiedliche Schichtdicke der Isolierlagen
hergestellt werden kann, wobei jede vollständige Isolierlage in
einem Arbeitsgang, das heißt ohne Rücklauf, aufgebaut wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß die Wicklungslagen block
weise als sogenannte Gruppenwicklungen aufgebracht werden. Gege
benenfalls kann bei der Herstellung der Gruppenwicklungen eine
Lötverbindung erforderlich sein, nämlich wenn die gleichzeitige
Herstellung jeder Gruppenwicklung eines Spulenkörpers infolge
unzureichender maschineller Ausstattung nicht möglich ist.
Um Probleme beim Betrieb des Trockentransformators, zum Beispiel
infolge einer aus einer Feldlinienverdichtung resultierenden un
zureichenden Isolierdicke, von vornherein zu vermeiden, erweist
es sich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung als zweckmäßig,
daß die Isolierlagen über die gesamte Wicklungslänge oder nur in
den Randbereichen durch variablen Vorschub keilförmig ausge
bildet werden, um so die erforderliche Isolierdicke einzuhalten.
Auch die Herstellung der keilförmigen Wicklungsgeometrie ist mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos möglich.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, daß die fertige Oberspannungswicklung mit mehreren
Isolierlagen überdeckt wird, die abwechselnd parallel und kreuz
weise zueinander aufgebracht werden. Diese Verfahrensweise dient
vor allem der mechanischen Absicherung der Spule, das heißt ge
gen mechanische Reaktionskräfte, die beim Betrieb des Transfor
mators, nämlich in bestimmten besonderen Betriebs- bzw.
Störbetriebszuständen, zum Beispiel Kurzschluß, auftreten kön
nen. Mit Hilfe des angegebenen Aufbaus der Deck-Isolationslagen
ist sichergestellt, daß die Geometrie der Spulenwicklung sich
nicht verändert, was wiederum zu erheblichen Folgeproblemen füh
ren könnte.
In weiterer Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens er
folgt die Herstellung der einzelnen Drahtlagen der Oberspan
nungswicklung und der zugeordneten Isolierlagen vollautomatisch.
Hierbei wird nach der Herstellung der kernnahen US-Wicklung aus
Bandmaterial zunächst eine isolierende Trennlage aus Faserro
vings aufgebracht und anschließend werden der Wicklungsdraht für
die Oberspannungswicklung mit der erforderlichen Anzahl von
Faserrovings dem Wickelkörper zugeführt, so daß der weitere
Wicklungsaufbau erfolgen kann.
Je nach maschineller Ausstattung, das heißt in Abhängigkeit des
verfügbaren Maschinenparks, kann die Herstellung der OS-Wicklung
programmgesteuert ablaufen, wobei innerhalb der Grenzparameter
für die erforderliche Isolierdicke die Einhaltung eines jeden
beliebigen Fertigungsparameters gewährleistet ist.
Dabei können die vorgesehenen Gruppenwicklungen simultan neben
einander gefertigt werden, was gegenüber der bekannten Verfah
rensweise einen weiteren erheblichen Zeitgewinn bedeutet. Hier
für muß die Wickelmaschine allerdings eine der Anzahl der simul
tan herzustellenden Gruppenwicklungen entsprechende Anzahl von
Zuführungen für den Wickeldraht und für die Rovings aufweisen.
Trockentransformatoren mit einem Spulenkern, mit einer darauf
angeordneten US-Wicklung, vorzugsweise aus Bandmaterial, mit ei
ner Oberspannungswicklung, welche gegen die US-Wicklung sowie
lagenweise untereinander mittels harzgetränktem Fasermaterial,
vorzugsweise Glasfaserrovings, isoliert ist und wenigstens eine
Decklage aus dem Fasermaterial aufweist, sind allgemein bekannt.
Ein derartiger Trockentransformator besitzt neben den vorstehend
aufgeführten wesentlichen Merkmalen zum Beispiel auch Lötstellen
in der Oberspannungswicklung, welche bei ordnungsgemäßer Ausfüh
rung grundsätzlich keinerlei Probleme aufwerfen, außer daß, wie
oben beschrieben, ihre Herstellung zeitaufwendig und nicht auto
matisierbar ist.
Es ist daher ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine nach
dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Transforma
torwicklung anzugeben, die einen möglichst einfachen zweckdien
lichen Aufbau aufweist und zuverlässig im Betrieb ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 8 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen,
daß die Oberspannungswicklung lagenweise oder blockweise als
Gruppenwicklung aufgebaut ist und aus einem einzigen Draht oder
aus mehreren parallelen Drähten gebildet ist. Dabei können vor
zugsweise bis zu vier Einzeldrähte vorgesehen sein, die jeweils
an ihren Enden zusammengeschaltet sind. Die Anzahl von Lötstel
len je Einzeldraht kann abhängig von der Anzahl "n" der vorgese
henen Gruppenwicklungen auf n-1 begrenzt werden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist
die gesamte Oberspannungswicklung lötstellenfrei gefertigt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfin
dungsgemäße Transformatorwicklung mit einer Deck-Isolierung ver
sehen, die lagenweise azimutal parallel und im sogenannten
Kreuzverband ausgebildet ist und hierdurch neben der Isolier
funktion gleichzeitig zur Aufnahme von Reaktionskräften der
Transformatorwicklung im Betrieb, z. B. bei Kurzschluß, dient.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver
besserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Aus
führungsbeispiels der Erfindung sollen die Erfindung, vorteil
hafte Ausgestaltungen der Erfindung und Verbesserungen sowie be
sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt die einzige Figur eine Fertigungsanordnung entsprechend
dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In der einzigen Figur ist eine Fertigungsanordnung zur Herstel
lung einer Oberspannungswicklung für eine Transformatorspule ge
mäß der Erfindung mit einer Wickelvorrichtung 10, mit einer Spu
lendrahtvorlage 12, mit einer Rovingvorlage 14 und mit einer
Harztränkvorrichtung 16 dargestellt, welche dazu vorgesehen ist,
die Fertigung der erfindungsgemäßen Spulenwicklung zu gewährlei
sten.
Wie anhand der schematisierten Darstellung leicht zu erkennen
ist, werden auf einen Wicklungskern 18, der im Beispiel von der
bereits fertiggestellten Unterspannungswicklung gebildet ist,
zunächst einige Drahtwindungen des Wicklungsdrahtes 20 aufge
bracht, auf welche räumlich versetzt die aus der Rovingvorlage
bereitstehenden Faserrovings 22, vorzugsweise Glasfaserrovings,
aufgebracht werden. Dabei ergibt sich abhängig vom Vorschub eine
mehr oder weniger dicke Isolierschicht, die aus einer der vorher
bestimmten Mindestisolierdicke entsprechenden Anzahl einzelner
Rovings zusammengesetzt ist.
Wie die Darstellung in der einzigen Figur ferner verdeutlicht,
werden die Faserrovings 22 von der einen Seite und der Wick
lungsdraht 20 von der gegenüberliegenden Seite, das heißt von
unterschiedlichen Seiten, der Wickelvorrichtung 14 zugeführt.
Dies hat den Vorteil, daß sich die Rovings 22 und der Draht 20
nicht behindern, zum Beispiel bei unterschiedlichem Vorschub.
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsblocks eines
Trockentransformators mit jeweils einer Wicklung für die Unter
spannung (US-Wicklung) und für die Oberspannung (OS-Wicklung),
die jeweils gegeneinander sowie lagenweise untereinander elek
trisch isoliert sind, indem zunächst die Wicklung für die Unter
spannung aus elektrisch leitendem Draht- oder Bandmaterial her
gestellt und mit einer Isolationsschicht aus harzgetränkten Fa
sermaterial, z. B. Rovings, umwickelt wird, worauf dann lagen
weise die Wicklung für die Oberspannung aufgebaut wird, deren
einzelne Lagen jeweils mittels harzgetränkter Faserrovings ge
geneinander isoliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem
Aufbringen der OS-Wicklung die für die Lagenisolierung maximal
erforderliche Isolierdicke und die dieser Isolierdicke entspre
chende Anzahl von Faserrovings bestimmt wird, daß die Herstel
lung jeder Wicklungslage und der zugehörigen Isolierlage gleich
zeitig mit räumlichem Versatz zueinander erfolgt und daß die
Einstellung der erforderlichen Isolierdicke sowohl über die An
zahl der Faserrovings als auch über den Wickelvorschub der
Faserrovings erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die zur Bildung der Isolierlage vorgesehenen Faserrovings vor
dem Aufbringen der Wicklungslage aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die größte Isolierdicke einer Isolierlage bei einer Um
drehung mit dem Vorschub 0 erreicht wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wicklungslagen lagenweise oder block
weise als sogenannte Gruppenwicklungen aufgebracht werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Isolierlagen durch variablen Vorschub
keilförmig ausgebildet werden, um so die erforderliche Isolier
dicke einzuhalten.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die fertige US-Wicklung mit mehreren Iso
lierlagen überdeckt wird, die abwechselnd parallel und kreuz
weise zueinander aufgebracht werden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Herstellung der einzelnen Drahtlagen der
Oberspannungswicklung und der zugeordneten Isolierlagen vollau
tomatisch erfolgt.
8. Transformatorwicklung, hergestellt nach dem Verfahren
nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem Spulenkern, mit
einer darauf angeordneten US-Wicklung, vorzugsweise aus Bandma
terial, mit einer Oberspannungswicklung, welche gegen die US-
Wicklung sowie lagenweise untereinander mittels harzgetränktem
Fasermaterial, vorzugsweise Glasfaserrovings, isoliert ist und
wenigstens eine Decklage aus dem Fasermaterial aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberspannungswicklung blockweise als
Gruppenwicklung aufgebaut ist und aus einem einzigen Einzeldraht
oder mehreren Einzeldrähten gebildet ist.
9. Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die gesamte OS-Wicklung lötstellenfrei ist.
10. Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine Decklage der Isolierung gleichzeitig zur
Aufnahme von Reaktionskräften der Transformatorwicklung im Be
trieb, z. B. bei Kurzschluß, dient.
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