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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochspannungswicklungen und
betrifft insbesondere Wicklungen dieses Typs, die als Trockentransformator-Hochspannungswicklung
verwendet werden können.
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Die
Hochspannungswicklungen, die für
solche Anwendungen bestimmt sind, müssen Spannungspegel zwischen
5 und 36 kV aushalten können.
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Man
kennt insbesondere Transformatoren mit fester Isolation oder Trockentransformatoren,
deren Wicklungen mit warmhärtenden
isolierenden Werkstoffen umhüllt
sind und die große
Luftlamellen aufweisen, die eine Isolationsfunktion zwischen Wicklungen
und zwischen Wicklungen und elektrischer Masse gewährleisten,
was ihre Abmessungen, ihre Masse und infolgedessen ihre Kosten erhöht.
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Derartige
Wicklungen und derartige Transformatoren wurden in Schriften des
Stands der Technik beschrieben.
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Insbesondere
die Schrift PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Vol. 18, Nr. 527 (E1613),
5. Oktober 1994, und
JP
06 188130 A , 8. Juli 1994, beschreiben insbesondere einen
solchen Wicklungstyp, bei dem der die Wicklung bildende Leiter kein
isolierendes Element oder keinen isolierenden Mantel umfasst.
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Eine
vergleichbare Wicklung, die mit einem Isoliermantel versehen ist,
ist jedoch in der Schrift US-A-3 045 290 beschrieben.
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Zur
Beseitigung dieses Problems verwenden manche Hersteller eine Oberflächenmetallisierung der
Wicklungen, die eine Reduzierung der Abmessungen der Geräte gestattet.
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Diese
Technik besitzt jedoch den Nachteil, dass sie teuer ist und schwer
auszuführen
ist.
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Schließlich werden
eine solche Wicklung und ein entsprechender Transformator beispielsweise
in der Schrift PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Vol. 006, Nr. 025 (E-094)
vom 13. Februar 1982 und
JP
56 146211 A vom 13. November 1981 beschrieben. In dieser
Schrift wird eine leitende Außenschicht verwendet,
um das Gehäuse
mit der Masse verbinden zu können.
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Es
gibt gegenwärtig
zwei große
Gruppen von Trockentransformatoren: die umhüllten Transformatoren und die
getränkten
Transformatoren. Die Herstellungsarten dieser Geräte sind
zwar verschieden, aber die verwendeten Isolationswerkstoffe haben
gemeinsam, dass sie warmhärtend
sind und eine Warmpolymerisation erfordern, was hohe Herstellungskosten
mit sich bringt.
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Ziel
der Erfindung ist es, die genannten Nachteile der Geräte mit Trockenisolation
zu beseitigen, indem eine Hochspannungswicklung geschaffen wird,
die mindestens ebenso gute Leistungen erbringt wie die bekannten
Anordnungen mit Trockenisolatoren und gleichzeitig geringe Herstellungskosten
und eine verbesserte Betriebssicherheit besitzt.
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Gegenstand
der Erfindung ist also eine Hochspannungswicklung, umfassend eine
Wicklung aus leitendem Draht, der mit einem isolierenden Mantel
verkleidet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung mit einem
hochspannungsisolierenden thermoplastischen Harz umhüllt ist
und dass sie außerdem
eine elektrisch leitende Oberflächenschicht zur
Fixierung des Potentials aus einem mit dem thermoplastischen Harz
der isolierenden Umhüllung kompatiblen
thermoplastischen Harz umfasst, das auf diese Umhüllung aufgetragen
ist.
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Gemäß anderen
Merkmalen der Erfindung:
- – umfasst die Wicklung ein
Seitenband aus isolierendem thermoplastischen Harz, das mit dem
isolierenden Umhüllungswerkstoff
der Wicklung kompatibel ist und bezüglich dieses eine Verdickung
bildet und die Verbindungsleiter der Wicklung bedeckt, und sind Öffnungen
in der isolierenden Verkleidung und dem Abdeckband vorgesehen, um
die Enden der Verbindungsleiter zum Zweck ihrer Verbindung mit anderen
Bauelementen hindurchtreten zu lassen;
- – ist
das isolierende Verkleidungsharz aus der Gruppe ausgewählt, die
umfasst: 6-6 Polyamide, 6-Polyamide, 4,6-Polyamide, 12,12 Polyamide, 6-12 Polyamide, aromatische
Monomere enthaltende Polyamide, Polybutylenterephthalat, Polypropylenterephthalat,
Polyethylennaphthalat, flüssigkristalline
Polymere, Polycyclohexandimethylterephthalat, Copolyetherester,
Polyphenylensulfid, Polyacyle, Polypropylen, Polyethylen, Polyacetale,
Polymethylpenten, Polyetherimide, Polycarbonate, Polysulfone, Polyethersulfone,
Polyphenylenoxide, Polystyrol, Styrolcopolymere, Mischungen und
Pfropfcopolymere aus Styrol und Kautschuk und Mischungen dieser
Körper,
- – ist
das thermoplastische Harz der isolierenden Umhüllung Polyethylenterephthalat;
- – ist
das Polyethylenterephthalat mit Glasfasern chargiert;
- – beträgt die Dicke
des thermoplastischen Harzes der isolierenden Umhüllung zwischen
3 und 50 mm;
- – enthält das elektrisch
leitende thermoplastische Harz der Schicht zur Fixierung des Potentials
eine Kohlenstoffcharge;
- – bildet
die Wicklung die Hochspannungswicklung eines Trockentransformators.
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Gegenstand
der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Hochspannungswicklung,
dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, dass
- – ein
leitender Draht, der mit einem elektrisch isolierenden Mantel umhüllt ist,
gewickelt wird, um eine hohle zylindrische Wicklung zu bilden;
- – durch
Formung in einer ersten Form eine erste Umhüllung der Wicklung mit einem
elektrisch isolierenden thermoplastischen Harz vorgenommen wird,
um eine Schicht aus elektrisch isolierendem thermoplastischen Harz
mit einer Dicke zu erhalten, die ausreicht, damit die Spule nach
außen isoliert
ist; und
- – durch
Formung in einer zweiten Form eine zweite Umhüllung der Wicklung, die mit
ihrer Schicht aus elektrisch isolierendem thermoplastischen Harz
versehen ist, mit einer Schicht aus elektrisch leitendem thermoplastischem
Harz zur Fixierung des Potentials vorgenommen wird.
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Gemäß anderen
Merkmalen der Erfindung besteht die Phase der Umhüllung in
der ersten Form darin, dass
- – die Wicklung
in den Hohlraum einer Form eingesetzt wird, die mit einem Eintritt,
einer Entlüftungsöffnung und
Stangen zum Tragen eines Objekts in der Form versehen ist,
- – die
Stangen in den Kontakt mit der Wicklung bewegt werden, um diese
im Hohlraum zu tragen,
- – das
elektrisch isolierende thermoplastische Harz in die Form durch ihren
Eintritt eingespritzt wird,
- – die
Stangen aus dem Hohlraum zurückgezogen werden,
wenn das thermoplastische Harz in den Hohlraum eingespritzt ist,
bevor es um die Stangen herum abbindet, um die Bildung von Hohlstellen
im elektrisch isolierenden thermoplastischen Harz zu verhindern,
- – das
Austreten der Luft aus dem Hohlraum durch die Entlüftungsöffnung gestattet
wird, wenn das Harz sich in der Form bewegt und
- – damit
fortgefahren wird, das elektrisch isolierende thermoplastische Harz
einzuspritzen, bis die Form gefüllt
ist, um eine von Hohlstellen praktisch freie Schicht aus elektrisch
isolierendem thermoplastischen Harz mit einer Dicke zu bilden, die ausreicht,
damit die Spule nach außen
isoliert ist;
- – das
Einspritzen des elektrisch isolierenden thermoplastischen Harzes
weitergeführt
wird, bis eine gleichmäßige Dicke
von mindestens 3 mm auf dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser
der Wicklung erhalten wird und eine gleichmäßige Dicke von mindestens 2,5
mm an den axialen Enden der Wicklung erhalten wird;
- – die
zweite Umhüllung
mit der Schicht aus elektrisch leitendem thermoplastischen Harz
durch Formung durch Warmpressen hergestellt wird.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung folgt eine Beschreibung, die ausschließlich als
Beispiel dient und in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen
wird. In dieser zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung mit
Wegbrechungen und
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2 einen
Querschnitt eines Trockentransformators, dessen Hochspannungswicklung
von der Hochspannungswicklung von 1 gebildet
wird.
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Die
in der Zeichnung dargestellte Wicklung ist eine Hochspannungswicklung,
die insbesondere als Hochspannungswicklung eines Trockentransformators
verwendet werden kann.
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Sie
umfasst hauptsächlich
eine Wicklung 1 aus einem leitenden Draht, der mit einem
isolierenden Mantel verkleidet ist. Die Wicklung 1 ist
mit einem hochspannungsisolierenden thermoplastischen Harz 2 umhüllt.
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Das
zur Herstellung dieser Umhüllung
verwendete thermoplastische Harz ist vorteilhafterweise Polyethylenterephthalat,
das gegebenenfalls mit Verstärkungsglasfasern
chargiert ist.
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Dieses
Harz kann auch aus der Gruppe ausgewählt sein, die umfasst: 6-6
Polyamide, 6-Polyamide, 4,6-Polyamide, 12,12 Polyamide, 6-12 Polyamide,
aromatische Monomere enthaltende Polyamide, Polybutylenterephthalat,
Polypropylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, flüssigkristalline
Polymere, Polycyclohexandimethylterephthalat, Copolyetherester,
Polyphenylensulfid, Polyacyle, Polypropylen, Polyethylen, Polyacetale,
Polymethylpenten, Polyetherimide, Polycarbonate, Polysulfone, Polyethersulfone,
Polyphenylenoxide, Polystyrol, Styrolcopolymere, Mischungen und
Pfropfcopolymere aus Styrol und Kautschuk und Mischungen dieser
Körper.
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Die
Dicke des thermoplastischen Harzes der isolierenden Umhüllung 2 kann
zwischen 3 und 50 mm betragen.
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Die
Umhüllung 2 aus
isolierendem Harz ist außerdem
mit einer elektrisch leitenden Oberflächenschicht 3 zur
Fixierung des Potentials überzogen, die aus
einem thermoplastischen Harz hergestellt ist, das mit dem thermoplastischen
Harz der isolierenden Umhüllung 2 kompatibel
ist.
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Das
thermoplastische Harz 3 zur Fixierung des Potentials enthält vorteilhafterweise
eine Kohlenstoffcharge.
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Die
isolierende Umhüllung 2 umfasst
ein Seitenband 4 aus einem isolierenden thermoplastischen Harz,
das mit dem isolierenden Material der Umhüllung kompatibel ist und aus
einem Material hergestellt sein kann, das mit dem dieser Umhüllung identisch
ist.
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Dieses
Seitenband ist axial angeordnet, indem es eine Verdickung bezüglich der
Umhüllung 2 bildet.
Es bedeckt die Verbindungsleiter 5, 6 der Wicklung
sowie die internen Verbindungen der Wicklung. Um die Leiter 5 und 6 herum
sind Öffnungen 7, 8 vorgesehen,
die in der isolierenden Verkleidung 2 und in dem Bedeckungsband 4 vorgesehen
sind, um die Enden von Verbindungsleitern 5, 6 zum
Zweck ihrer Verbindung mit anderen nicht dargestellten Bauelementen
hindurchtreten zu lassen.
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Zwischen
den Durchgangsöffnungen 7, 8 für die Verbindungsleiter 5, 6 ist
ferner eine zusätzliche Öffnung 10 vorgesehen,
in der Leiter 11 hervorstehen, die Zwischenanschlüsse der
Wicklung 1 bilden und durch nicht dargestellte Bügel verbunden
werden können,
um den Wert der Wicklung an die Anforderungen ihrer Verwendung anzupassen.
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Das
Seitenband 4 aus isolierendem thermoplastischen Harz ist
ebenfalls mit der elektrisch leitenden Oberflächenschicht 3 zur
Fixierung des Potentials verkleidet, mit Ausnahme der Öffnungen 7, 8, 10.
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Die Öffnungen 7 und 8 für den Durchgang der
Verbindungsleiter der Wicklung sind dazu bestimmt, mit nicht dargestellten
isolierenden Elementen zusammenzuwirken, die beispielsweise die
Enden von Verbindungsschienen umgeben, und die Durchgängigkeit
sowohl der Umhüllung
als auch der elektrisch leitenden Schicht zur Potentialfixierung
zu gewährleisten.
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Die
Zwischenöffnung 10 für den Zugang
zu den Leitern 11 zur Einstellung des Werts der Wicklung
ist vorteilhafterweise durch einen Stopfen aus isolierendem Material
(nicht dargestellt) verschlossen, der mit einer elektrisch leitenden
Schicht verkleidet ist, die dazu bestimmt ist, die Kontinuität mit der elektrisch
leitende Schicht 3, die die Gesamtheit der Wicklung bedeckt,
zu gewährleisten.
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In 2 sieht
man, dass die Umhüllung
aus isolierendem thermoplastischen Harz 2 die hohle zylindrische
Wicklung 1 sowohl auf den Außenumriss als auch auf den
Innenumriss dieser Wicklung umgibt.
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Man
sieht in dieser Figur auch deutlich, dass das Band 4 zum
Abdecken der Verbindungsleiter der Wicklung ebenfalls mit der elektrisch
leitenden Oberflächenschicht 3 zur
Fixierung des Potentials bedeckt ist.
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Die
auf diese Weise gebildete ringförmige Hochspannungswicklung
eignet sich besonders gut für
eine Verwendung als Hochspannungswicklung eines Trockentransformators.
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Ihr
Innenraum 12 kann eine Niederspannungswicklung aufnehmen,
die auf einer nicht dargestellten Magnetkreissäule montiert ist.
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Wie
man in 2 deutlich sieht, bildet die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung
die Hochspannungswicklung eines Trockentransformators.
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Diese
Hochspannungswicklung 1 ist mit einer Niederspannungswicklung 15 ebenfalls
mit Trockenisolator kombiniert, die auf einer Säule 16 eines laminierten
Magnetkreises montiert ist, wobei eine Muffe 17 dazwischengesetzt
ist. Die Niederspannungswicklung 15 ist mit einem Material 18,
beispielsweise einem thermoplastischen Harz, umhüllt, das an seinem Umfang mitgeformte
axiale Rippen 19 umfasst, die, indem sie mit der Innenfläche der
Umhüllung 3 aus
elektrisch leitendem Harz der Hochspannungswicklung in Kontakt kommen,
einen Kanal 20 für
den Umlauf eines Kühlfluids,
wie Luft, bilden.
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Zur
Herstellung der unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen
erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung
wickelt man zunächst
einen elektrisch leitenden Draht, der mit einem elektrisch isolierenden
Mantel umhüllt
ist, um die hohle zylindrische Wicklung 1 zu bilden.
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Man
nimmt also durch Formung in einer ersten nicht dargestellten Form
eine erste Umhüllung der
Wicklung 1 mit einem elektrisch isolierenden thermoplastischen
Harz mit einer Dicke vor, die ausreicht, damit die Wicklung nach
außen
elektrisch isoliert ist.
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Dann
nimmt man durch Formung in einer zweiten, nicht dargestellten Form
eine zweite Umhüllung
der Wicklung, die mit ihrer Schicht aus elektrisch isolierendem
thermoplastischen Harz 2 versehen ist, mit einer Schicht 3 aus
elektrisch leitendem thermoplastischen Harz zur Fixierung des Potentials
vor.
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Um
die Umhüllung
durch die erste Form vorzunehmen, setzt man die Wicklung 1 in
den Hohlraum der oben genannten Form, die mit einem Eintritt, einer
Entlüftungsöffnung und
Stangen zum Tragen eines Objekts in der Form versehen ist.
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Man
bewegt die Tragstangen, damit sie mit der Wicklung 1 in
Kontakt kommen, um diese in dem Hohlraum der Form zu tragen. Das
Harz wird in einer Kammer, die mit einer Injektionsschnecke versehen ist,
bis auf eine Temperatur vorerhitzt, bei der das Harz fließfähig wird.
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Man
spritzt das elektrisch isolierende thermoplastische Harz unter hohem
Druck in die relativ kalte Form über
ihren Eintritt ein. Der hohe Druck kann durch hydraulische oder
pneumatische Mittel angelegt werden. Der Einspritzdruck des Harzes kann
zwischen 35 und 138 MPa und die Temperatur zwischen etwa 200 und
etwa 400°C
betragen. Man zieht dann die Tragstangen aus dem Hohlraum der Form
zurück,
wenn das thermoplastische Harz in den Hohlraum eingespritzt ist
und bevor es um die Stangen herum abbindet, um die Bildung von Hohlstellen in
dem elektrisch isolierenden thermoplastischen Harz zu vermeiden.
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Während dieses
Arbeitsgangs lässt
man die Luft aus dem Hohlraum der Form über die Entlüftungsöffnung austreten,
wenn das Harz sich in der Form bewegt, um sie zu füllen. Die
Entlüftungsöffnung kann
praktisch von mehreren Löchern
gebildet sein, die in dem Bereich der Verbindung der radialen Fläche und
der axialen Flächen
der Form vorgesehen sind.
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Die
erste Form ist so ausgeführt,
dass das geschmolzene Harz in die Form über einen Umfangseingang eintritt,
der in der Innenfläche
der Form vorgesehen ist.
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Man
nimmt die Einspritzung des elektrisch isolierenden thermoplastischen
Harzes weiter vor, bis die Form gefüllt ist, um eine elektrisch
isolierende thermoplastische Harzschicht 2 zu bilden, die
praktisch frei von Hohlstellen ist und eine ausreichende Dicke hat,
damit die Spule nach außen
isoliert ist.
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Die
Einspritzung des elektrisch isolierenden thermoplastischen Harzes
wird vorteilhafterweise weitergeführt, bis eine gleichmäßige Dicke
der isolierenden Umhüllung
von mindestens 3 mm auf dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser
der Wicklung 1 und eine gleichmäßige Dicke der isolierenden
Umhüllung
von mindestens 2,5 mm auf den axialen Enden der Wicklung erreicht
wird.
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Dann
wird die mit ihrer isolierenden Umhüllung 2 versehene
Spule aus der ersten Form herausgenommen und getestet, um sicherzustellen,
dass die Umhüllung 2 frei
von Hohlstellen ist.
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Dieser
Test kann mit Hilfe jedes herkömmlichen
Verfahrens vorgenommen werden, beispielsweise durch Röntgenstrahlen
oder durch Messung der partiellen Entladungen, die durch Hohlstellen
verursacht werden, wenn die Wicklung unter Spannung gesetzt wird.
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Der
hier verwendete Ausdruck "praktisch
frei von Hohlstellen" bedeutet,
dass die Hohlstellen bei Verwendung eines auf eine Vergrößerung von
1000 eingestellten Elektronenmikroskops unsichtbar sind.
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Nach
Beendigung des Arbeitsgangs der Umhüllung mit dem elektrisch isolierenden
thermoplastischen Material, während
dem es auch möglich
ist, das Seitenband 4 zur Bedeckung der Leiter 5, 6 zur Verbindung
der Wicklung sowie die Öffnungen 7 und 8,
die die Enden dieser Leiter umge ben, und die Zwischenöffnung 10 für die Leiter 11 zur
Einstellung des Werts der Wicklung durch Formung in der ersten Form
herzustellen, setzt man das erhaltene Produkt in eine zweite, nicht
dargestellte Form ein, in der man durch Formung durch Warmpressen
auf der Umhüllung
aus isolierendem thermoplastischen Material eine zweite Umhüllung aus
einer Schicht aus elektrisch leitendem thermoplastischen Harz aufträgt, um die
Oberflächenschicht 3 zur
Fixierung des Potentials der Hochspannungswicklung zu erhalten.
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Es
ist auch möglich,
das Seitenband 4 aus isolierendem thermoplastischen Material
durch Warmpressen vor dem Auftragen des elektrisch leitenden thermoplastischen
Harzes hinzuzufügen.