DE4445423B4 - Verfahren zum Herstellen von Wicklungen für einen Trockentransformator - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsblocks eines Trockentransformators mit jeweils einer Wicklung für die Unterspannung (US-Wicklung) und für die Oberspannung (OS-Wicklung), die jeweils gegeneinander sowie lagenweise untereinander elektrisch isoliert sind, indem zunächst die Wicklung für die Unterspannung aus elektrisch leitendem Draht- oder Bandmaterial hergestellt und mit einer Isolationsschicht aus harzgetränkten Fasermaterial, 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, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der OS-Wicklung die für die Lagenisolierung maximal erforderliche Isolierdicke und die dieser Isolierdicke entsprechende Anzahl von Faserrovings bestimmt wird, daß die Herstellung jeder Wicklungslage und der zugehörigen Isolierlage gleichzeitig mit räumlichem Versatz zueinander erfolgt und daß die Einstellung der erforderlichen Isolierdicke sowohl über die Anzahl der Faserrovings als auch über den Wickelvorschub der Faserrovings erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsblocks eines Trockentransformators für den Einsatz als Verteilungstransformator mit jeweils einer Wicklung für die Unterspannung (US-Wicklung) und für die Oberspannung (OS-Wicklung), die jeweils gegeneinander sowie lagenweise untereinander elektrisch isoliert sind, indem zunächst die Wicklung für die Unterspannung aus elektrisch leitendem Draht oder Bandmaterial hergestellt und mit einer Isolationsschicht aus harzgetränkten Fasermaterial, 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 unmittelbar an die Umgebungsluft abgegeben im Unterschied zu sogenannten 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 Umgebungsluft 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 Einwirkung von außen schützende Blechmantel entfällt. Demgemäss müssen die Spule der Trockentransformatoren beziehungsweise deren 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 Glasfasern, umwickelt werden. Dies ist beispielsweise aus der DE 2 051 833 A1 sowie aus der DE 23 28 652 A1 dazu bekannt, die vorschlagen, Glasseidelaminatschichten zwischen den Windungen eines Transformators einzulagern. Dabei werden diese Faserrovings jeweils lagenweise aufgebracht und dienen so auch zur Isolation der einzelnen Wicklungslagen untereinander. Das Aufbringen der einzelnen Traglagen 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 suportähnlichen Führungsschlitten zugeführt werden.
• Auch aus der DE 34 28 893 A1 ist bekannt geworden, dass zur Herstellung von Lagenwicklungen für Transformatoren abwechselnd Lagen aus Isolierbändern und aus Leitern um einen Wicklungskern aufgebracht werden. Eine weitere Möglichkeit mehrere Leiter elektrisch voneinander zu isolieren ist in der DE 80 08 906 U1 offenbart, in der vorgesehen ist, ein Glasfaserbündel, welches mit Harz getränkt ist, mit dem Leiterdraht mitzuwickeln und derart eine Isolierung zu erreichen.
• Um eine möglichst gleichmäßige Ausbildung des elektromagnetischen Feldes der einzelnen Spulen zu erreichen, werden die Oberspannungswicklungen der Transformatorspulen vorzugsweise in Form sogenannter Gruppenwicklungen aufgebaut. Dabei sind die Wicklungslagen in bezug auf die gesamte Spulenlänge aufgeteilt in mehrere nebeneinander befindliche Gruppen, die jedoch elektrisch miteinander 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 Drahtenden miteinander, was üblicherweise mittels Lötverbindung erfolgt.
• Diese Prozedur ist sehr zeitaufwendig und personalintensiv. Sie erfordert darüber hinaus 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 vorgesehen, daß vor dem Aufbringen der US-Wicklung die für die Lagenisolierung maximal erforderliche Isolierdicke und die dieser Isolierdicke entsprechende Anzahl von Faserrovings bestimmt wird, daß die Herstellung jeder Wicklungslage und der zugehörigen Isolierlage gleichzeitig mit räumlichem Versatz zueinander erfolgt und daß die Einstellung der erforderlichen Isolierdicke einerseits über den Wickelvorschub der Faserrovings und andererseits über deren Anzahl erfolgt.
• Damit ist eine quasi stufenlose Anpassung der Isolierdicke der Isolierlagen an die jeweiligen Erfordernisse gewährleistet. Darüberhinaus ist neben den rein auf die Fertigungssicherheit bezogenen Gesichtspunkten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein erheblicher Zeitgewinn verbunden, da einzelne Fertigungsabschnitte bei der Herstellung der Gruppenwicklungen, zum Beispiel die Herstellung der jeweiligen Lötverbindungen, entfallen können.
• Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erweist 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. Andererseits 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 blockweise als sogenannte Gruppenwicklungen aufgebracht werden. Gegebenenfalls 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 unzureichenden 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 ausgebildet 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 kreuzweise zueinander aufgebracht werden. Diese Verfahrensweise dient vor allem der mechanischen Absicherung der Spule, das heißt gegen mechanische Reaktionskräfte, die beim Betrieb des Transformators, nämlich in bestimmten besonderen Betriebs- bzw. Störbetriebszuständen, zum Beispiel Kurzschluß, auftreten können. Mit Hilfe des angegebenen Aufbaus der Deck-Isolationslagen ist sichergestellt, daß die Geometrie der Spulenwicklung sich nicht verändert, was wiederum zu erheblichen Folgeproblemen führen könnte.
• In weiterer Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Herstellung der einzelnen Drahtlagen der Oberspannungswicklung und der zugeordneten Isolierlagen vollautomatisch. Hierbei wird nach der Herstellung der kernnahen US-Wicklung aus Bandmaterial zunächst eine isolierende Trennlage aus Faserrovings 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 nebeneinander gefertigt werden, was gegenüber der bekannten Verfahrensweise einen weiteren erheblichen Zeitgewinn bedeutet. Hierfür muß die Wickelmaschine allerdings eine der Anzahl der simultan 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 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, sind allgemein bekannt.
• Ein derartiger Trockentransformator besitzt neben den vorstehend aufgeführten wesentlichen Merkmalen zum Beispiel auch Lötstellen in der Oberspannungswicklung, welche bei ordnungsgemäßer Ausführung grundsätzlich keinerlei Probleme aufwerfen, außer daß, wie oben beschrieben, ihre Herstellung zeitaufwendig und nicht automatisierbar ist.
• Es ist daher ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Transformatorwicklung anzugeben, die einen möglichst einfachen zweckdienlichen 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 vorzugsweise bis zu vier Einzeldrähte vorgesehen sein, die jeweils an ihren Enden zusammengeschaltet sind. Die Anzahl von Lötstellen je Einzeldraht kann abhängig von der Anzahl "n" der vorgesehenen 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 erfindungsgemäße Transformatorwicklung mit einer Deck-Isolierung versehen, die lagenweise azimutal parallel und im sogenannten Kreuzverband ausgebildet ist und hierdurch neben der Isolierfunktion gleichzeitig zur Aufnahme von Reaktionskräften der Transformatorwicklung im Betrieb, z.B. bei Kurzschluß, dient.
• Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und Verbesserungen sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert werden.
• Es zeigt die einzige Figur eine Fertigungsanordnung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• In der einzigen Fig. ist eine Fertigungsanordnung zur Herstellung einer Oberspannungswicklung für eine Transformatorspule gemäß der Erfindung mit einer Wickelvorrichtung 10, mit einer Spulendrahtvorlage 12, mit einer Rovingvorlage 14 und mit einer Harztränkvorrichtung 16 dargestellt, welche dazu vorgesehen ist, die Fertigung der erfindungsgemäßen Spulenwicklung zu gewährleisten.
• 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 aufgebracht, 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 Wicklungsdraht 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 Unterspannung (US-Wicklung) und für die Oberspannung (OS-Wicklung), die jeweils gegeneinander sowie lagenweise untereinander elektrisch isoliert sind, indem zunächst die Wicklung für die Unterspannung aus elektrisch leitendem Draht- oder Bandmaterial hergestellt und mit einer Isolationsschicht aus harzgetränkten Fasermaterial, 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, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der OS-Wicklung die für die Lagenisolierung maximal erforderliche Isolierdicke und die dieser Isolierdicke entsprechende Anzahl von Faserrovings bestimmt wird, daß die Herstellung jeder Wicklungslage und der zugehörigen Isolierlage gleichzeitig mit räumlichem Versatz zueinander erfolgt und daß die Einstellung der erforderlichen Isolierdicke sowohl über die Anzahl 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 gekennzeichnet, daß die größte Isolierdicke einer Isolierlage bei einer Umdrehung mit dem Vorschub 0 erreicht wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungslagen lagenweise oder blockweise 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 Isolierdicke einzuhalten.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige US-Wicklung mit mehreren Isolierlagen überdeckt wird, die abwechselnd parallel und kreuzweise zueinander aufgebracht werden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der einzelnen Drahtlagen der Oberspannungswicklung und der zugeordneten Isolierlagen vollautomatisch erfolgt.
8. Transformatorwicklung, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem Spulenkern, mit einer darauf angeordneten US-Wicklung, vorzugsweise aus Bandmaterial, 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 Betrieb, z.B. bei Kurzschluß, dient.