DE60209574T2

DE60209574T2 - Kühlkanal für in kunstharz vergossene transformatorspule

Info

Publication number: DE60209574T2
Application number: DE60209574T
Authority: DE
Inventors: J. Thomas Cary LANOUE; J. Michael Christiansburg MITCHELL; E. William Bland PAULEY; H. Charlie Rocky Gap SARVER
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: CA2471507A1; US7023312B1; EP1461814A1; CA2471507C; DE60209574D1; AU2002368017A1; ATE319171T1; EP1461814B1; CN1615530A; BR0215491A; CN100514514C; WO2003107364A1; BRPI0215491B1; ES2256595T3; US20060200971A1; US7647692B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet elektrischer Transformatoren, und insbesondere eine harzgekapselte Trockentyp-Transformatorspule mit ständig installierten Kühlleitungen, die thermisch und elektrisch mit dem Harz kompatibel sind, welches die Spule einkapselt. Aus der WO 99/28926 kennt man einen Trockentyp-Transformator mit glasfaserverstärkten Kunststoffrohren, die als Kühlleitungen installiert sind und die zusammen mit den Wicklungen des Transformators mit Harz eingekapselt sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Gestaltung und die Zuverlässigkeit von Transformatorspulen hat sich im Verlauf der vergangenen Jahrzehnte ständig verbessert. Heutzutage sind gekapselte Trockentyp-Transformatorspulen entweder mit Harzen beschichtet oder in Epoxidharzen eingegossen, und zwar unter Verwendung von Vakuumkammern und Gelieröfen. Epoxid bietet hervorragenden Schutz für die Transformatorspule, es kann jedoch ein Problem mit der Wärmeabfuhr verursachen. Um die Wärme aus der Umgebung der Spule abzuführen, sind Kühlleitungen an vorbestimmten Positionen innerhalb der Spule gebildet, um die Kühlung zu unterstützen, die Arbeitseffizienz der Spule zu verbessern und die Lebensdauer der Spule zu verlängern.
Das herkömmliche Verfahren zur Schaffung von Kühlleitungsdurchgängen besteht darin, während des Wicklungsprozesses feste Abstandshalter zwischen aufeinanderfolgende Lagen von leitfähigem Material zu plazieren. Festes Metall, gewebeummanteltes Metall und gefettete Elastomer-Abstandshalter wurden eingesetzt, ebenso wie Scheiben, um Lücken zwischen den Lagen der Spule zu erzeugen. Nach dem Einkapseln der Spule werden die Abstandshalter dann entfernt. Unabhängig vom verwendeten Abstandshaltertyp kann der Prozess zu Ineffizienzen und möglichen Schäden führen, da die Abstandshalter mit Ziehvorrichtungen oder Deckenkränen mit Gewalt entfernt werden müssen. Die Abstandshalter werden beim Entfernen ziemlich häufig beschädigt, so dass sie repariert oder ersetzt werden müssen.
Leitungs-Abstandshalter, beispielsweise Aluminium, können auch auf unterschiedliche Weisen Schaden an der Spule verursachen. Beanspruchungsfrakturen können sich in der Spule während des Aushärteprozesses bilden, und zwar aufgrund der Differenzen zwischen dem Epoxidharz und den Aluminium-Abstandshaltern bei der thermischen Expansion und Kontraktion. Da mechanische Frakturen in der ausgehärteten Spule auch während des Entfernens der Abstandshalter erzeugt werden können, verringert ein Minimalabstands-Erfordernis zwischen Abstandshaltern die Zahl von Kühlleitungen, die in der Spule gebildet werden können. Dies wiederum führt zu einem zusätzlichen Anstieg bei der erforderlichen Dicke des leitfähigen Materials, die benötigt wird, um Wärme beim Betrieb in ausreichendem Maße abzuführen. Ferner brechen Splitter oder Blöcke von Epoxid häufig von der Spule ab, während die Abstandshalter entfernt werden, was die eingekapselte Spule für den vorgesehenen Zweck nutzlos macht.
Die vorliegende Erfindung liegt in einem hochfesten geraden Rohr aus thermoplastischem Material, das mit wenigstens einer Fasermatte verstärkt ist, welches ständig als eine Kühlleitung in einer harzgekapselten Trockentyp-Transformatorspule des Typs installiert ist, bei dem ein leitendes Schichtmaterial in einer Mehrzahl von Lagen um eine Zentralachse gewickelt und durch ein Harz eingekapselt ist, wobei das Rohr einen im allgemeinen elliptischen Querschnitt mit einer Linearabmessung (x) und einer Breite (d) aufweist, wobei die Linearabmessung größer als die Breite ist, wobei das Rohr einen Kühldurchgang definiert, der im wesentlichen parallel zur Zentralachse ist, und thermisch und elektrisch mit dem zum Einkapseln der Transformatorspule verwendeten Harz kompatibel ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Rohr als eine harzbeschichtete Fiberglasmatrix gebildet sein, die pultrudiert und zu einem flexiblen, jedoch festen Rohr ausgehärtet wird. Das ausgeärtete Rohr hat einen thermischen Gradienten, der ähnlich dem thermischen Gradienten des Epoxidharzes ist, welches verwendet wird, um anschließend die Transformatorspule zu kapseln. Somit expandieren und kontrahieren die Materialien mit ungefähr gleichen Raten, wodurch innere Beanspruchungen reduziert werden, die Epoxidharz-Aushärtezyklen inhärent sind. Eines oder mehr der pultrudierten Rohre werden für die Installation zwischen den Wicklungen der Spulen auf Länge geschnitten. Die Rohre werden geringfügig kürzer als die Wicklungshöhe der Spule geschnitten, um während des Wicklungsprozesses eine Störung der Bediener zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine gekapselte Transformatorspule:

(a) eine Mehrzahl von Lagen, die aus einer kontinuierlichen Länge von leitendem Schichtmaterial gebildet sind, welches um eine Zentralachse gewickelt ist;
(b) eine Mehrzahl von Kühlleitungen, welche Kühlleitungen aus einem verstärken thermoplastischen Material gebildet und zwischen der Mehrzahl von Lagen aus leitendem Schichtmaterial entlang Wegen plaziert sind, die quer zur Länge des Schichtmaterials und parallel zur Zentralachse sind, wobei jede der Mehrzahl von Kühlleitungen einen Kühldurchgang definiert, der parallel zur Zentralachse ist; und
(c) ein Harz, welches die Mehrzahl von Lagen von leitendem Schichtmaterial einkapselt und jede der Mehrzahl von Kühlleitungen umgibt, wobei die Mehrzahl von Kühlleitungen einem und die harzgekapselten Lagen thermisch und elektrisch kompatibel sind.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Transformatorspule, umfassend:

(a) Bilden einer Mehrzahl von Lagen durch Wickeln einer kontinuierlichen Länge von leitendem Schichtmaterial um eine Zentralachse;
(b) Positionieren einer Mehrzahl von verstärkten thermoplastischen Kühlleitungen zwischen der Mehrzahl von Lagen aus leitendem Schichtmaterial entlang Wegen, die quer zur Länge des Schichtmaterials und parallel zur Zentralachse sind, wobei jede der Mehrzahl von Kühlleitungen einen Kühldurchgang definiert, der parallel zur Zentralachse ist;
(c) Einkapseln der Mehrzahl von Lagen aus leitendem Schichtmaterial und Umgeben der Mehrzahl von Kühlleitungen mit einem Harz, welches thermisch und elektrisch mit den thermoplastischen Kühlleitungen kompatibel ist; und
(d) Aushärten des Harzes, wobei die Mehrzahl von Kühlleitungen integral darin gebildet werden.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird eine Einweg-Innenform über einer Ringform oder Träger auf einer Dornwelle plaziert. Eine kontinuierliche Spule aus leitendem Material wird dann um die Innenform herumgewickelt, während die vorher geschnittenen Kühlleitungen als Abstandshalter zwischen aufeinanderfolgende Lagen der Spule gesetzt werden. Nach der Beendigung des Wickelns wird die Spule vom Dorn der Wickelmaschine entfernt und auf einer Silikonbasismatte aufgerichtet, um das untere Ende der Anordnung abzudichten, wodurch ein Lecken des Epoxids während des nachfolgenden Kapselprozesses verhindert wird. Die Form wird mit Epoxidharz gefüllt, um die Spule einzukapseln und die Kühlleitungen zu umgeben. Dann wird die Anordnung in einem Aushärteofen ausgehärtet, wonach die inneren und äußeren Formen entfernt werden.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bei Betrachtung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich werden. Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung rein exemplarisch und erläuternd sind, und die beanspruchte Erfindung nicht beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht der Harz-Kühlleitung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Perspektivansicht einer harzgekapselten Trockentyp-Transformatorspule mit ständig installierten Harz-Kühlleitungen;
3 ist eine Querschnittsansicht der Transformatorspule aus 2 entlang der Linie 3-3;
4 ist eine Perspektivansicht zur Erläuterung der Schritte des Wickelns einer Länge von leitendem Material zum Bilden einer Spule und des Positionierens einer Mehrzahl von Harz-Kühlleitungen zwischen Lagen aus leitendem Material;
5A ist eine perspektivische Seitenansicht der Stöpsel zur vorübergehenden Installation in den Enden der erfindungsgemäßen Harz-Kühlleitungen;
5B ist eine Endansicht der Stöpsel aus 5A; und
6 ist eine perspektivische geschnittene Ansicht zur Erläuterung der Schritte des Plazierens der Außenform um die Spule herum und des Füllens des Volumens zwischen der Innen- und der Außenform mit einem Harz.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie in 1 gezeigt betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Rohr 10 zur ständigen Installation als eine Kühlleitung in einer harzgekapselten Transformatorspule. Das Rohr weist einen im allgemeinen elliptischen Querschnitt auf, mit abgerundeten Enden 12 und im wesentlichen geraden Seiten 14. Während die genaue Geometrie des Rohrs für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend ist, wurde festgestellt, dass dann, wenn die Linearabmessung x des Rohrs ungefähr dreimal die Breite d des Rohrs ist, das Rohr optimal geformt ist für eine Plazierung zwischen den alternierenden Lagen einer gewickelten Spule. Mit diesen relativen Abmessungen ist das Rohr auch strukturell optimiert und bietet optimale Wärmeübertragung von harzgekapselten Systemen wie zum Beispiel Transformatorspulen. Beispielsweise hat ein gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiertes Rohr eine Linearabmessung x von ungefähr 6,9 cm (2,7 Inch), eine Breite d von ungefähr 2,3 cm (0,9 Inch) und eine Wanddicke w von ungefähr 2,5 mm (0,1 Inch). Wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird, ist das Rohr dazu ausgelegt, während eines Vakuum-Gießverfahrens ein Vakuum von wenigstens einem Millibar auszuhalten.
Das erfindungsgemäße Rohr ist vorzugsweise aus einem geeigneten thermoplastischen Material wie zum Beispiel einem Polyesterharz in einer Pultrusionsfertigung hergestellt. Pultrusion ist ein Verfahren zur Erzeugung einer kontinuierlichen Länge einer faserverstärkten Polymer-Profilform, beispielsweise eines Rohrs oder Zylinders, wobei beschichtete Fasern durch eine erhitzte Form gezogen werden, um eine hochfeste Gestalt zu erzeugen. Ein Beispiel des Polyesterharzes zur Bildung des Rohrs ist E1586 Polyglas M, erhältlich bei Resolite in Zelienople, Pennsylvania. Das pultrudierte Rohr ist mit Fiberglas-Filamenten verstärkt, die entweder als unidirektionales Roving oder als eine multidirektionale Matte ausgerichtet sind. Die Verstärkungskonfiguration, die im erfindungsgemäßen Rohr eingesetzt wird, enthält eine äußere Fiberglas-Verstärkungsmatte und eine innere Fiberglas-Verstärkungsmatte. Sobald das Rohr gebildet ist, wird es über die B-Stufe hinaus mittels eines der im Stand der Technik bekannten herkömmlichen Verfahren für ein derartiges Aushärten ausgehärtet. Zur Integration in eine gekapselte Trockentyp-Transformatorspule werden bestimmte Materialeigenschaften benötigt. Bei einem Test gemäß ASTM D-638 "Standard test method for tensile properties of plastics" (Standardtestverfahren für Zugeigenschaften von Kunststoffen) hat das hier beschriebene Rohr eine Zugfestigkeit von 207 MPa (30000 psi) in Längsrichtung und 44,8 MPa (6500 psi) in Querrichtung; eine Druckfestigkeit von ungefähr 207 MPa (30000 psi) in Längsrichtung und 68,9 MPa (10000 psi) in Querrichtung gemäß ASTM D-695 "Standard test method for compressive properties of rigid plastics" (Standardtestverfahren für Druckeigenschaften von starren Kunststoffen), sowie eine Biegefestigkeit bei einem Test gemäß ASTM D-790 "Standard test method for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials" (Standardtestverfahren für Biegeeigenschaften von unverstärkten und verstärkten Kunststoffen und elektrischen Isoliermatierialien) von ungefähr 207 MPa (30000 psi) in Längsrichtung und 68,9 MPa (10000 psi) in Querrichtung. Das Elastizitätsmodul beträgt ungefähr 1,7 E10Pa (2,5 E6 psi) in Längsrichtung gemäß ASTM D-149 "Standard test method for dielectric breakdown voltage and dielectric strength of solid electrical insulating materials at commercial power frequencies" (Standardtestverfahren für dielektrische Durchbruchspannung und dielektrische Festigkeit von festen elektrischen Isoliermaterialien bei gewerblichen Stromfrequenzen). In elektrischer Hinsicht hat das Rohr eine elektrische Kurzzeitfestigkeit (in Öl) gemäß ASTM D-149 von ungefähr 7,9 V/μm (200 V/mil) (senkrecht) und 13,8 kV/cm (35 kV/Inch) (parallel). Vorzugsweise beträgt die thermische Leitfähigkeit des Rohrs mindestens 0,58 W/m⁰C (4 Btu/(hr·ft²·⁰F/in)).
Die Länge l des Rohrs hängt vollständig von der Anwendung ab, d.h. das pultrudierte Rohr wird für die spezielle Transformatoranwendung auf Länge geschnitten. Wie unten detaillierter beschrieben wird, wird die Gesamtlänge des Rohrs kleiner sein als die Gesamthöhe der gewickelten Transformatorspule, so dass das Rohr vollständig eingeschlossen ist, wobei die Endkanten des Rohrs mit dem ausgehärteten Harz verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das oben beschriebene Rohr ständig in einer harzgekapselten Trockentyp-Transformatorspule installiert.
Mit Bezug zu 2 und 3 umfaßt die harzgekapselte Trockentyp-Transformatorspule 20 eine Spule 22, eine Mehrzahl von integrierten Kühlleitungen 24 und ein Harz 26, welches die Spule 22 einkapselt. Bei der Herstellung ist der Körper der Transformatorspule 20 zwischen einer inneren Fläche 20a und einer äußeren Fläche 20b definiert, die beide durch Formen gebildet werden, wie weiter unten beschrieben wird. Die innere Fläche 20a definiert in Umfangsrichtung einen offenen Bereich oder Kern 21, der so gebildet wird, wie weiter unten detailliert beschrieben wird. Die Spule 22, die um den Kern 21 gewickelt wird, besteht aus alternierenden Lagen von leitenden Schichten 22a und isolierenden Schichten 22b. Wenn die leitenden Schichten 22a und isolierenden Schichten 22b kontinuierlich um den Kern 21 gewickelt werden, werden Kühlleitungen 24, die als die oben beschriebenen Rohre gebildet sind, eingesetzt und zwischen aufeinanderfolgenden Lagen beabstandet. Die erfindungsgemäßen Kühlleitungen sind ständig in die eingekapselte Transformatorspule eingebaut. Die Hinzufügung integrierter Kühlleitungen 24 verbessert die dielektrische Festigkeit der Spule. Als ein allgemein in der Industrie definierter Begriff, wie er hier verwendet wird, bezeichnet "dielektrische Festigkeit" den maximalen elektrischen Potentialgradienten, den ein Material ohne Durchbruch aushalten kann. Die integrierten Kühlleitungen 24 haben nicht nur wünschenswerte dielektrische Eigenschaften, sondern sie fügen der gewickelten Spule 22 ferner eine zusätzliche dielektrische Barriere hinzu. Dies erhöht die Dauerhaftigkeit und Betriebslebensdauer der Spule 22. Da diese integrierten Kühlleitungen 24 mit Harzaufbau auch die Kühlkapazität jeder Lage der Spule 22 erhöhen, kann die für ein optimales Verhalten benötigte Dicke des Leiters 22a verringert werden. Beispielsweise kann die Dicke der leitenden Schichten 22b von 0,51 bis 4,57 mm variieren (0,020 Inch bis 0,180 Inch), wobei der Abstand zwischen integrierten Leitungen von 3,18 bis 25,4 mm reicht (0,125 Inch bis 1,0 Inch). Da ein Brechen des Harzes aufgrund des Entfernens der Leitungsstange oder des Abstandshalters bei der integrierten Kühlleitungskonstruktion keine Probleme bereitet, können die integrierten Leitungen 24 somit auch näher beieinander plaziert werden, was die Erhöhung der Gesamtzahl von Kühlleitungen 24 erlaubt, mit einem proportionalen Anstieg der Kühlkapazität. Wenn die Zahl integrierter Leitungen zunimmt, nimmt die erforderliche Dicke des Leiters 22a ab.
Die gewickelte Transformatorspule 20 wird mittels eines Epoxidharzes 26 eingekapselt, das in das Volumen zwischen innerer und äußerer Form gegossen wird. Das Einkapselungsharz ist bei der Bakelite AG in Iserlohn, Deutschland, als Rutapox VE 4883 erhältlich. Dieses wärmehärtende Harz ist elektrisch und thermisch kompatibel mit der Polyesterharzkonstruktion der Kühlleitungen 24. Nach dem Einkapseln und Aushärten ist die Konstruktion der Transformatorspule vollständig.
Die vorliegende Erfindung bietet auch ein Verfahren zur Herstellung einer in einem Gußharz eingekapselten Transformatorspule. Während es verschiedene Herstellungsverfahren zum Konstruieren der erfindungsgemäßen harzgekapselten Trockentyp-Transformatorspule gibt, besteht ein Verfahren darin, eine Einweg-Wickel- und Bandform mit einem integrierten Wickeldorn zu verwenden. Dieses Verfahren, das hier nur kurz zusammengefaßt wird, ist im US-Patent Nr. 6,221,297 von Lanoue et al. beschrieben.
Wie in 4 gezeigt wird eine Spulenwickelmaschine 40 mit einem herkömmlichen Dorn 41 verwendet, um eine Spule 20 mit einer im wesentlichen kreisförmigen Gestalt herzustellen. Sobald eine innere Form 42 aus Schichtmetall oder anderem geeignetem Material auf dem Dorn 41 montiert ist, um den Kern zu bilden, ist er bereit, um die Spule darauf zu wickeln. Typischerweise wird die innere Form 42 zuerst mit einer (nicht gezeigten) Glasgitterisolierung umwickelt, auf die eine erste Wicklung oder Lage der Spule 22 folgt. Wie man am besten in 4 sieht, wird die Spule 22 aus alternierenden Lagen von leitenden Kupferschichten 22a und isolierenden Schichten 22b gewickelt. Die Dicke der isolierenden Schichten hängt auch von der speziellen Konfiguration der Transformatorspule ab, doch in erfindungsgemäß konstruierten Ausführungsformen kann sie zwischen 0,127 mm (0,005 Inch) und 0,762 mm (0,030 Inch) variieren. Während des Wicklungsprozesses werden die Kühlleitungen 24 zwischen Lagen des Leiters 22a eingesetzt, um Kühlleitungen im fertigen Transformator zu bilden. Wie man erkennt können die integrierten Kühlleitungen 24 zwischen jede Lage des Leiters 22a eingesetzt werden, zwischen alternierenden Lagen etc., wiederum abhängig von der speziellen Konstruktion der Transformatorspule.
Leitungsstöpsel 25, 27, die zu jedem Zeitpunkt vor der Harzeinkapselung der Spule 22 installiert werden können, werden in die offenen Enden der Kühlleitungen 24 eingesetzt, um Harz daran zu hindern, während der Harzeinkapselung in die Leitungen 24 zu fließen. Die 5A und 5B zeigen in einer Umgebungsansicht die relative Plazierung und Geometrie der Stöpsel 25, 27. Der obere Stöpsel 25 ist so dimensioniert, dass er mit Reibung in die obere Öffnung einer Kühlleitung 24 paßt. Wie hier verwendet, ist der "obere" Bereich der Kühlleitung an demjenigen Ende der Spule, von dem die Spulenanschlüsse (nicht gezeigt) ausgehen. Der obere Stöpsel 25 ist einwärts (d.h. abwärts) verjüngt und hat Rippen 25a um seinen Umfang herum, um eine positive Abdichtung mit der inneren Fläche der Kühlleitung 24 zu gewährleisten. Der äußere (d.h. Aufwärts-) Körper 25b des Stöpsels ist geringfügig nach außen verjüngt, so dass er leicht von dem umgebenden ausgehärteten Harz nach der Einkapselung entfernt werden kann. Ein Handgriff- oder Griffbereich 25c erleichtert das Entfernen nach dem Aushärteprozeß. Da die Stöpsel 25, 27 jedes Ende jeder Kühlleitung 24 während der Harzkapselung und des Aushärteprozesses abdichten werden, ist ein offener Durchgang oder Überdruckentlüftung 25d durch den Stöpsel 25 hindurch gebildet, um einen Ausfall der Kühlleitung 24 zu verhindern. Ein Bodenstöpsel 27 erfüllt die gleiche Funktion wie der obere Stöpsel, außer dass eine Vakuumentlüftung nicht erforderlich ist, und ein Griff nicht benötigt wird. Auch der Bodenstöpsel 27 weist Rippen 27a zum Reibeingriff mit den Innenwänden der Kühlleitung 24 auf. Das äußerste Ende 27b des Stöpsels 27 ist im wesentlichen flach, so dass die Spule aufgerichtet und mit dem Bodenende für die nachfolgende Harzeinkapselung auf eine Matte gestellt werden kann.
Nach dem Wickeln der Spule 22 mit der gewünschten Zahl von Lagen, und nach dem Plazieren einer ausreichenden Zahl von Kühlleitungen 24 zwischen den Lagen wird die Spule aus der Wickelmaschine 40 entfernt und mit den oberen Stöpseln aufwärts zeigend aufgerichtet. Die Spule 20 wird auf einer Matte 50 aus Silikon oder einem anderen geeigneten Material, welches komprimiert werden kann, plaziert. Nach dieser Plazierung drücken die flachen Enden 27b der Bodenstöpsel 27 gegen die Matte 50. Die äußere Form kann dann um die aufgerichtete Spule 20 herum gewickelt werden. Wie man am besten in 6 sieht, umgibt eine äußere Form 60 die Spule 20. Die äußere Form 60 ist aus einem Schichtmetall oder anderem festen Material gebildet, welches um die Spule 20 herum befestigt oder gestellt wird, wobei ein Spalt zwischen der Form 60 und der Spule 20 verbleibt, so dass die Einkapselung vollständig ist. Lanoue et al. offenbaren eine Konstruktion für die äußere Form, doch andere geeignete Gestalten von Formen, die im Stand der Technik bekannt sind, können eingesetzt werden. Die Kompression der äußeren Form 60 gegen die Silikonmatte 50 verhindert ein Herauslecken von Epoxid aus dem Boden der Spule während des Einkapselungsprozesses.
Wenn die äußere Form 60 plaziert ist, kann die Epoxid-Einkapselung erfolgen. Ein fließfähiges Epoxidharz 26 wird in die Form gegossen, um die Spule einzukapseln, und um die beabstandeten Kühlleitungen 24 einzuschließen. Beim Gießen wird das Epoxidharz 26, das sich in den unteren Bereichen zwischen der inneren und äußeren Form setzt, die Bodenstöpsel 27 auf einer Tiefe umgeben, die im wesentlichen gleich den flachen Abschnitten 27b der Stöpsel 27 ist. Das Harz wird gegossen, bis es sich ungefähr 4,76 mm (3/16 Inch) über die oberen Kanten der oberen Enden der Kühlleitungen 24 erstreckt.
Der Aushärteprozeß ist herkömmlich und im Stand der Technik gut bekannt. Beispielsweise kann der Aushärtezyklus (1) einen Gelierbereich von ungefähr fünf Stunden bei ungefähr 85°C umfassen, (2) einen Hochfahrbereich von ungefähr zwei Stunden, wo die Temperatur von ungefähr 85°C auf ungefähr 140°C ansteigt, (3) einen Aushärtebereich von ungefähr sechs Stunden bei ungefähr 140°C, und (4) einen Runterfahrbereich von ungefähr vier Stunden auf ungefähr 80°C. Nach dem Aushärten werden die innere und äußere Form entfernt. Die oberen Stöpsel 25 können mit Zangen oder anderen Greifvorrichtungen leicht entfernt werden, ohne das umgebende Harz zu beschädigen. Die Bodenstöpsel können entfernt werden, indem man eine Stange oder einen Stab (nicht gezeigt) durch das obere Ende jeder Kühlleitung einsetzt und die Bodenstöpsel herausdrückt.

Claims

Hochfestes gerades Rohr (10) aus thermoplastischem Material, das mit wenigstens einer Fasermatte verstärkt ist, welches ständig als Kühlleitung in einer harzgekapselten Trockentyp-Transformatorspule des Typs installiert ist, bei dem ein leitendes Schichtmaterial in einer Mehrzahl von Lagen um eine Zentralachse gewickelt und durch ein Harz eingekapselt ist, wobei das Rohr einen im allgemeinen elliptischen Querschnitt mit einer Linearabmessung (x) und einer Breite (d) aufweist, wobei die Linearabmessung größer als die Breite ist, wobei das Rohr einen Kühldurchgang definiert, der im wesentlichen parallel zur Zentralachse ist, und thermisch und elektrisch mit dem zum Einkapseln der Transformatorspule verwendeten Harz kompatibel ist.
Rohr nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Material ein Polyesterharz ist.
Rohr nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Verhältnis von Linearabmessung (x) zu Breite (d) ungefähr 3:1 ist.
Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches bei einem Test gemäß ASTM D-638, "Standard Test method for tensile properties of plastics" (Standardtestverfahren für Zugeigenschaften von Kunststoffen") eine Zugfestigkeit von ungefähr 206,84 Mpa (30.000 psi) in Längsrichtung und 44,82 Mpa (6.500 psi) in Querrichtung hat.
Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches bei einem Test gemäß ASTM D-695, "Standard test method for compressive properties of rigid plastics" (Standardtestverfahren für Druckeigenschaften von starren Kunststoffen) eine Druckfestigkeit von ungefähr 206,84 Mpa (30.000 psi) in Längsrichtung und 68,95 Mpa (10.000 psi) in Querrichtung hat.
Rohr nach Anspruch 1, welches bei einem Test gemäß ASTM D-790, "Standard test method for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials" (Standardtestverfahren für Biegeeigenschaften von unverstärkten und verstärkten Kunststoffen und elektrischen Isoliermaterialien) eine Biegefestigkeit von ungefähr 206,84 Mpa (30.000 psi) in Längsrichtung und 68,95 Mpa (10.000 psi) in Querrichtung hat.
Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches bei einem Test gemäß ASTM D-149, "Standard test method for dielectric breakdown voltage and dielectric strength of solid electrical insulating materials at commercial power frequencies" (Standardtestverfahren für dielektrische Durchbruchspannung und dielektrische Festigkeit von festen elektrischen Isoliermaterialien bei gewerblichen Stromfrequenzen) ein Elastizitätsmodul von ungefähr 17,2 Gpa (2,5 E6 psi) in Längsrichtung hat.
Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches bei einem Test gemäß ASTM D-149, "Standard test method for dielectric breakdown voltage and dielectric strength of solid electrical insulating materials at commercial power frequencies" (Standardtestverfahren für dielektrische Durchbruchspannung und dielektrische Festigkeit von festen elektrischen Isoliermaterialien bei gewerblichen Stromfrequenzen) eine elektrische Kurzzeitfestigkeit (in Öl) von ungefähr 7,87 V/μm (200 V/mil (senkrecht) und 13,8 kV/cm (35 kV/inch) (parallel) hat.
Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches eine thermische Leitfähigkeit von wenigstens 0,577 W/m°C (4 Btu. in/ft²·h·⁰F) hat.
Harzgekapselte Trockentyp-Transformatorspule (20), umfassend: a) eine Mehrzahl von Lagen, die aus einer kontinuierlichen Länge von leitendem Schichtmaterial gebildet sind, welches um eine Zentralachse gewickelt ist; b) eine Mehrzahl von Kühlleitungen (24), welche Kühlleitungen aus einem faserverstärkten thermoplastischen Material gebildet und zwischen der Mehrzahl von Lagen aus leitendem Schichtmaterial entlang Wegen plaziert sind, die quer zur Länge des Schichtmaterials und parallel zur Zentralachse sind, wobei jede der Mehrzahl von Kühlleitungen einen Kühldurchgang definiert, der parallel zur Zentralachse ist; und c) ein Harz (26), welches die Mehrzahl von Lagen von leitendem Schichtmaterial einkapselt und jede der Mehrzahl von Kühlleitungen umgibt, wobei die Mehrzahl von Kühlleitungen und die harzgekapselten Lagen thermisch und elektrisch kompatibel sind.
Transformatorspule nach Anspruch 10, wobei das thermoplastische Material ein Polyester ist.
Transformatorspule nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei das gekapselte Harz ein Epoxidharz ist.
Verfahren zur Herstellung einer harzgekapselten Trockentyp-Transformatorspule, umfassend: a) Bilden einer Mehrzahl von Lagen durch Wickeln einer kontinuierlichen Länge von leitendem Schichtmaterial um eine Zentralachse; b) Positionieren einer Mehrzahl von faserverstärkten thermoplastischen Kühlleitungen (24) zwischen der Mehrzahl von Lagen aus leitendem Schichtmaterial entlang Wegen, die quer zur Länge des Schichtmaterials und parallel zur Zentralachse sind, wobei jede der Mehrzahl von Kühlleitungen einen Kühldurchgang definiert, der parallel zur Zentralachse ist; c) Einkapseln der Mehrzahl von Lagen aus leitendem Schichtmaterial und Umgeben der Mehrzahl von Kühlleitungen mit einem Harz, welches thermisch und elektrisch mit den thermoplastischen Kühlleitungen kompatibel ist; und d) Aushärten des Harzes, wobei die Mehrzahl von Kühlleitungen integral darin gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend die Schritte des Plazierens innerer und äußerer Formen (42, 60) um die Spule herum, bevor die Spule eingekapselt wird, und Umgeben der Mehrzahl von Kühlleitungen mit einem Harz, um ein Volumen zwischen der inneren Form und der äußeren Form zur Aufnahme des Harzes zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt des Plazierens von Stöpseln (25, 27) in den offenen Enden jeder der Mehrzahl von Kühlleitungen (24), bevor die Spule eingekapselt und die Mehrzahl von Kühlleitungen mit einem Harz umgeben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend den Schritt des Entfernens der Stöpsel (25, 27) aus den Enden jeder der Mehrzahl von Kühlleitungen (24) nach dem Aushärten des Harzes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, ferner umfassend einen letzten Schritt des Entfernens der inneren und äußeren Formen (42, 60).