EP0049444B1

EP0049444B1 - Strip electrical coil for electrical appliances

Info

Publication number: EP0049444B1
Application number: EP81107670A
Authority: EP
Inventors: Lennart Ing. Längberg
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1980-10-06
Filing date: 1981-09-26
Publication date: 1984-12-05
Also published as: SE423943B; ZA816862B; NO813350L; EP0049444A1; DE3167640D1; SE8006974L; JPS5799715A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bandwicklung für elektrische Geräte gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an electrical tape winding for electrical devices according to the preamble of claim 1.

Eine Bandwicklung für beispielsweise einen Transformator oder eine Drossel kann aus mehreren Windungen eines Bandes bestehen, welches aus einer als Leiter dienenden Metallfolie und einer Isolationsschicht besteht, die aus einem Polymerfilm und eventuell Zellulosepapier besteht. Die Bandwicklung wird nach dem Trocknen mit einer Isolierflüssigkeit imprägniert, damit alle vorhandenen Hohlräume in der Bandwicklung ausgefüllt werden und ein Glimmer vermieden wird. Da die Bandwicklung eine Breite von einigen Metern haben kann und mit Vorspannung gewickelt sein kann, stellen die Trocknung und lmprägnierung komplizierte und zeitraubende Arbeitsvorgänge dar. Die Anwendung von Papier in der Windungsisolation ist an sich nicht wünschenswert, weil dieses in hohem Masse dazu beiträgt, dass das Trocknen der Bandwicklung lange dauert und der Transformator grösser wird, ohne dass zugleich die Leistung des Transformators wächst. Bei bekannten Bandwicklungen kann jedoch auf das Papier nicht verzichtet werden, da man auf die Fähigkeit des Papiers angewiesen ist, Isolierflüssigkeit in die inneren Teile der Wicklung zu saugen. Ohne diese Dochtwirkung ist es nicht möglich, bei den bekannten Bandwicklungen eine ausreichende Imprägnierung zu erreichen.A tape winding for, for example, a transformer or a choke can consist of several turns of a tape, which consists of a metal foil serving as a conductor and an insulation layer consisting of a polymer film and possibly cellulose paper. After drying, the tape winding is impregnated with an insulating liquid so that all voids in the tape winding are filled and a mica is avoided. Since the tape winding can have a width of a few meters and can be pre-tensioned, drying and impregnation are complicated and time-consuming operations. The use of paper in the winding insulation is not desirable per se because it contributes to a great extent to that It takes a long time to dry the tape winding and the transformer becomes larger without increasing the power of the transformer. In the case of known tape windings, however, the paper cannot be dispensed with, since it is dependent on the ability of the paper to suck insulating liquid into the inner parts of the winding. Without this wicking effect, it is not possible to achieve sufficient impregnation with the known tape windings.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bandwicklung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die auf einfache Weise vollständig imprägnierbar ist, ohne dass hierfür die obengenannten Papierschichten erforderlich sind.The invention has for its object to develop a tape winding of the type mentioned, which can be completely impregnated in a simple manner without the above-mentioned paper layers are required for this.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Bandwicklung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.To solve this problem, a tape winding of the type mentioned is proposed, which according to the invention has the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.Advantageous developments of the invention are mentioned in the dependent claims.

Da sich bei der Bandwicklung nach der Erfindung die Vertiefungen bis zu dem an die Endflächen (Stirnflächen) der Bandwicklung angrenzenden Raum erstrecken und mit diesem in Verbindung stehen, wird eine vollständige lmprägnierung der Bandwicklung mit Isolierflüssigkeit oder Isoliergas erreicht.Since in the tape winding according to the invention the depressions extend to the space adjacent to the end faces (end faces) of the tape winding and are in connection therewith, a complete impregnation of the tape winding with insulating liquid or insulating gas is achieved.

Die Erfindung ist auch vorteilhaft bei einer Bandwicklung, die mit den genannten Papierschichten aufgebaut ist. In diesen Fällen wird durch die Erfindung erreicht, dass die für das Trocknen der Bandwicklung erforderliche Zeit wesentlich verkürzt wird, da die Diffusionsstrekken für Feuchtigkeit erheblich kürzer als bei den bekannten Bandwicklungen sind.The invention is also advantageous in the case of a tape winding which is built up with the paper layers mentioned. In these cases, the invention achieves that the time required for drying the tape winding is considerably shortened, since the diffusion distances for moisture are considerably shorter than in the known tape windings.

Die Metallfolie, z.B. eine Folie aus Aluminium oder Kupfer, hat normalerweise eine Dicke von 5-3000 _Jlm und vorzugsweise eine Dicke von 50-3000/lm.The metal foil such as a foil of aluminum or copper, usually has a thickness of 5-3000 m _Jl and preferably a thickness of 50-3000 / lm.

Der Polymerfilm, der vorzugsweise ein separater Film ist, also nicht auf der Metallfolie angebracht ist, und einen an der Metallfolie verankerten Überzug bildet, soll einer Temperatur von mindestens 90 °C auf Dauer standhalten können. Als Beispiel für geeignete Polymere im Film können Polyäthylenglykolterephthalat, Polykarbonat, Polyimed, Zelluloseazetat und Polyamid genannt werden. Eine geeignete Dicke des Films liegt zwischen 5 und 200 _Jlm, vorzugsweise zwischen 10 und 100 µm. Der Polymerfilm hat vorzugsweise eine grössere Breite als die Metallfolie, so dass der Polymerfilm über die Ränder der Metallfolie hinausragt und damit elektrische Überschläge zwischen den Folienwindungen oder längs der Wicklungsstirnseite verhindert. Wenn Papier in der Bandwicklung verwendet wird, soll dieses so dünn wie möglich sein. Seine Dicke soll in dem Bereich von 5-25 pm liegen.The polymer film, which is preferably a separate film, that is to say is not attached to the metal foil and forms a coating anchored to the metal foil, should be able to withstand a temperature of at least 90 ° C. in the long term. Polyethylene glycol terephthalate, polycarbonate, polyimed, cellulose acetate and polyamide can be mentioned as examples of suitable polymers in the film. A suitable thickness of the film is between 5 and 200 _J lm, preferably between 10 and 100 microns. The polymer film preferably has a greater width than the metal foil, so that the polymer film protrudes beyond the edges of the metal foil and thus prevents electrical flashovers between the foil turns or along the end face of the winding. If paper is used in the tape winding, it should be as thin as possible. Its thickness is said to be in the range of 5-25 pm.

Wie aus Vorgesagtem hervorgeht, sind die Vertiefungen in der Metallfolie und deren Ausführung das für die Erfindung Entscheidende. Es ist wichtig, dass es sich um Vertiefungen und nicht um Erhöhungen handelt. Jede Vertiefung ist somit von glatten Partien umgeben, die eine erheblich grössere Ausdehnung als die Vertiefungen haben. Dadurch wird sichergestellt, dass der Polymerfilm auf wenigstens annähernd ebenen Flächen um die Vertiefungen herum ruht, und es wird verhindert, dass der Polymerfilm plastisch verformt wird, wodurch sowohl die Verbindungskanäle zu dem ausserhalb der Endflächen der Wicklung liegenden Raum verstopft würden als auch die Isolationsabstände kleiner würden. Bei den Vertiefungen kann es sich u. a. um Eindrücke oder um ausgesparte Nuten handeln. Die Vertiefungen auf der einen Seite der Metallfolie werden so ausgeführt, dass sie auf der anderen Seite der Metallfolie keine Erhöhungen verursachen. Die Vertiefungen, die vorzugsweise auf beiden Seiten der Folie angebracht sind, können vorzugsweise so angeordnet werden, dass sie auf jeder Seite der Folie parallel zueinander und gerade verlaufen. Es ist jedoch von Vorteil, sich gegenseitig kreuzende Vertiefungen auf beiden Seiten der Metallfolie anzubringen, z.B. derart, dass eine erste Gruppe von Vertiefungen parallel zueinander in einer ersten Richtung verläuft und eine zweite Gruppe von Vertiefungen parallel zueinander in einer zweiten Richtung verläuft, wobei sich die Vertiefungen beider Gruppen gegenseitig kreuzen und Gittermuster bilden. Wenn in einer Vertiefung eine Blockierung des Durchtrittes auftreten sollte, so dass ein Bereich der Windungsisolation dadurch von der Verbindung mit dem Raum ausserhalb der Bandwicklung über die betroffene Vertiefung abgeschnitten würde, so wird der genannte Isolierungsbereich über benachbarte Verbindungen mit Imprägnierungsmittel versorgt.As can be seen from the foregoing, the depressions in the metal foil and their execution are the decisive factors for the invention. It is important that these are depressions and not elevations. Each depression is thus surrounded by smooth parts which have a considerably greater extent than the depressions. This ensures that the polymer film rests on at least approximately flat surfaces around the depressions, and prevents the polymer film from being plastically deformed, which would both clog the connecting channels to the space outside the end surfaces of the winding and reduce the insulation spacing would. The recesses can a. deal with impressions or recessed grooves. The depressions on one side of the metal foil are designed so that they do not cause any elevations on the other side of the metal foil. The depressions, which are preferably provided on both sides of the film, can preferably be arranged such that they run parallel to one another and straight on each side of the film. However, it is advantageous to make mutually intersecting recesses on both sides of the metal foil, e.g. such that a first group of depressions runs parallel to one another in a first direction and a second group of depressions runs parallel to one another in a second direction, the depressions of the two groups crossing each other and forming lattice patterns. If the passage should be blocked in a depression, so that an area of the winding insulation would be cut off from the connection to the space outside the tape winding via the affected depression, the above-mentioned insulation area is supplied with impregnation agent via adjacent connections.

Damit vollständig oder wenigstens hinreichend verhindert wird, dass der Polymerfilm in die Vertiefungen hineinsinkt, dürfen die Vertiefungen nicht zu breit und nicht zu flach sein. Auch darf die Querschnittsfläche der Metallfolie mit Rücksicht auf die Stromdichte in der Folie durch die Vertiefungen nicht zu stark geschwächt werden. Die Vertiefungen haben zweckmässig eine Tiefe von 2-25 µm und eine maximale Breite von 2-50 Jlm, vorzugsweise eine Tiefe von 5-15 gm und eine maximale Breite von 10-30 pm. Wenn die Vertiefungen parallel zueinander verlaufen, muss der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter paralleler Vertiefungen zweckmässig 1-30 mm, vorzugsweise 5-20 mm, betragen. Die Tiefe soll jedoch 25% der Dicke der Metallfolie nicht übersteigen. Der Querschnitt der Vertiefungen kann verschiedene Formen haben, wie z.B. die Form eines Halbkreises mit dem Durchmesser in der Ebene der Folienoberfläche, eines Rechtecks oder eines Dreiecks mit der Hypothenuse in der Ebene der Folienoberfläche.In order to completely or at least sufficiently prevent the polymer film from sinking into the depressions, the depressions must not be too wide and not too shallow. Also, the cross-sectional area of the metal foil must not be weakened too much due to the current density in the foil. The depressions expediently have a depth of 2-25 µm and a maximum width of 2-50 µm, preferably a depth of 5-15 µm and a maximum width of 10-30 µm. If the depressions run parallel to one another, the distance between the centers of adjacent parallel depressions must suitably be 1-30 mm, preferably 5-20 mm. However, the depth should not exceed 25% of the thickness of the metal foil. The cross section of the depressions can have various shapes, such as the shape of a semicircle with the diameter in the plane of the film surface, a rectangle or a triangle with the hypotenuse in the plane of the film surface.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Metallfolien für eine Bandwicklung gemäss der Erfindung mit zwei alternativen Ausführungen der Vertiefungen in Blickrichtung senkrecht auf die Wandfläche,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Schenkel eines Transformators mit zwei Bandwicklungen,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch Fig. 3 in kleinerem Massstab;
Fig. 5 und 6 in grösserem Massstab einen Teil eines Schnittes senkrecht zur Achse einer der Wicklungen gemäss Fig. 3 und 4 mit zwei alternativen Ausführungen der Isolation zwischen benachbarten Windungen der Metallfolie,

The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the figures. Show it:

1 and 2 metal foils for a tape winding according to the invention with two alternative designs of the recesses in the direction of view perpendicular to the wall surface,
3 shows a cross section through one leg of a transformer with two tape windings,
FIG. 4 shows a longitudinal section through FIG. 3 on a smaller scale;
5 and 6 on a larger scale a part of a section perpendicular to the axis of one of the windings according to FIGS. 3 and 4 with two alternative versions of the insulation between adjacent turns of the metal foil,

Figur 1 zeigt eine Aluminiumfolie 10 mit parallel verlaufenden Vertiefungen 11, deren Richtung einen schrägen Winkel mit den Rändern 12 und 13 der Folie bildet. Figur 2 zeigt eine andere Aluminiumfolie 14 mit einer ersten Gruppe von Vertiefungen 15, die parallel zueinander in einer ersten Richtung verlaufen, und mit einer zweiten Gruppe von Vertiefungen 16, die parallel zueinander in einer zweiten Richtung verlaufen. Beide Richtungen bilden einen schrägen Winkel mit den Rändern 17 und 18 der Folie. Die Folien 10 und 14 sind auf ihrer dem Betrachter abgewandten Unterseite mit den gleichen Vertiefungen versehen wie auf ihrer Oberseite. Der Querschnitt der Vertiefungen 15 und 16 ist halbkreisförmig, wie aus den Figuren 5 und 6 erkennbar ist, in denen ein Teil des Querschnittes der Folie 14 dargestellt ist. Die Folien 10 und 14 haben eine Dicke von 300 ₁₁m. Die Vertiefungen 11, 15 und 16 haben eine Tiefe von 10 ₁₁m, eine Breite von 20 µm und die zueinander parallelen Vertiefungen sind in einem Abstand von 10 mm zueinander angeordnet. Die Vertiefungen auf den Folien können beispielsweise durch ein Walzverfahren hergestellt werden, bei dem die Oberflächen der Walzen Erhöhungen aufweisen, die den in der Metallfolie herzustellenden Vertiefungen entsprechen. Die Figuren 3 und 4 zeigen einen Teil eines Leistungstransformators. Man erkennt einen Schenkel 19 a und Teile der Joche 19 b und 19 c des Transformatorkerns. Auf dem Schenkel 19 a sitzt die als Niederspannungswicklung ausgebildete innere Wicklung 21, und um diese herum sitzt die als Hochspannungswicklung ausgebildete äussere Wicklung 22. Beide Wicklungen sind mit Vorspannung gewickelte Bandwicklungen. Sie sind koaxial zueinander angeordnet, und zwischen ihnen liegt ein hohlzylindrischer Raum, in welchem Rippen 23 aus Pressspan, Bakelit oder glasfaserarmiertem Polyester parallel zur Achse der Wicklungen angebracht sind. Die Innenwicklung ist auf einen Formzylinder 24 gewickelt.Figure 1 shows an aluminum foil 10 with parallel recesses 11, the direction of which forms an oblique angle with the edges 12 and 13 of the film. FIG. 2 shows another aluminum foil 14 with a first group of depressions 15 which run parallel to one another in a first direction and with a second group of depressions 16 which run parallel to one another in a second direction. Both directions form an oblique angle with the edges 17 and 18 of the film. The foils 10 and 14 are provided with the same depressions on their underside facing away from the observer as on their top side. The cross section of the depressions 15 and 16 is semicircular, as can be seen from FIGS. 5 and 6, in which part of the cross section of the film 14 is shown. The foils 10 and 14 have a thickness of 300 ₁₁ m. The depressions 11, 15 and 16 have a depth of 10 ₁₁ m, a width of 20 μm and the mutually parallel depressions are arranged at a distance of 10 mm from one another. The depressions on the foils can be produced, for example, by a rolling process in which the surfaces of the rollers have elevations which correspond to the depressions to be produced in the metal foil. Figures 3 and 4 show part of a power transformer. One can see a leg 19 a and parts of the yokes 19 b and 19 c of the transformer core. The inner winding 21, which is designed as a low-voltage winding, sits on the leg 19 a, and the outer winding 22, which is designed as a high-voltage winding, sits around this leg. Both windings are band windings wound with pretension. They are arranged coaxially to one another, and between them is a hollow cylindrical space in which ribs 23 made of pressboard, bakelite or glass fiber-reinforced polyester are attached parallel to the axis of the windings. The inner winding is wound on a forme cylinder 24.

Die Wicklungen 21 und 22 bestehen in Übereinstimmung mit Figur 5 aus mehreren Windungen eines Bandes aus einer Metallfolie 14 und aus einem Polymerfilm 25. Nur eine Windung des Films und Teile von angrenzenden Windungen der Metallfolie sind in der Figur gezeigt. Wie bereits erwähnt, ist die Metallfolie 14 von solcher Art, wie sie anhand der Figur 2 beschrieben wurde. Der Polymerfilm hat eine Dicke von 50 um.The windings 21 and 22 consist, in accordance with FIG. 5, of a plurality of turns of a strip made of a metal foil 14 and of a polymer film 25. Only one turn of the film and parts of adjacent turns of the metal foil are shown in the figure. As already mentioned, the metal foil 14 is of the type described with reference to FIG. 2. The polymer film has a thickness of 50 µm.

In der in Figur 6 gezeigten alternativen Ausführung sind Schichten 26 und 27 aus Zellulosepapier mit einer Dicke von 10 µm auf jeder Seite des Polymerfilms 25 angebracht. Diese Schichten gehören also zu dem Band, wenn dieses zur Bandwicklung aufgewickelt wird.In the alternative embodiment shown in FIG. 6, layers 26 and 27 of cellulose paper with a thickness of 10 μm are applied on each side of the polymer film 25. These layers therefore belong to the tape when it is wound up for tape winding.

Da sich die Vertiefungen 15, 16 und 11 bis zu den Rändern der Metallfolie erstrecken, stehen sie mit dem an die Endflächen 29 und 30 der Wicklungen 21 und 22 angrenzenden Raum 28 in Verbindung.Since the depressions 15, 16 and 11 extend to the edges of the metal foil, they are in communication with the space 28 adjoining the end faces 29 and 30 of the windings 21 and 22.

Bei der Herstellung des beschriebenen Transformators werden die Wicklungen bei erhöhter Temperatur vakuumgetrocknet und danach einer Vakuumdruckimprägnierung mit einer geeigneten Isolierflüssigkeit, wie z.B. Transformatorenöl, oder einem geeigneten Isoliergas, z.B. SF₆ unterzogen.In the manufacture of the transformer described, the windings are vacuum dried at elevated temperature and then subjected to vacuum pressure impregnation with a suitable insulating liquid, such as transformer oil, or a suitable insulating gas, for example SF ₆ .

Statt eines einzigen Polymerfilms 25 können zwei oder mehrere nebeneinander angeordnete Polymerfilme verwendet werden.Instead of a single polymer film 25, two or more polymer films arranged side by side can be used.

Geradlinige Vertiefungen in der Metallfolie müssen nicht schräg zu den Rändern der Metallfolie verlaufen, sondern können auch senkrecht zu diesen Rändern verlaufen.Straight-line depressions in the metal foil do not have to run obliquely to the edges of the metal foil, but can also run perpendicular to these edges.

Claims

1. Sheet-wound electrical coil for electric appa- ratusses, for example transformers or reactors, which sheet-wound coil (21, 22) is built up of a plurality of turns, wound on top of each other, of a sheet comprising a metallic foil (10, 14) and at least one polymer film (25), said metallic foil serving as conductor and said polymer film serving as insulation in the coil, the metallic foil being provided with elongated depressions (11, 15, 16) on at least one of its sides, characterized in that for achieving a complete impregnation of the sheet- wound coil the depressions in the sheetwound coil extend to and communicate with the space (28) adjacent to the end surfaces (29, 30) of the sheet-wound coil without causing any elevation on the respectively opposing side of the foil.

2. Sheet-wound coil according to claim 1, characterized in that the depressions (11 and 15 or 16 respecively) extend parallel to one another from one end surface of said sheet-wound coil to the other end surface of said sheet-wound coil.

3. Sheet-wound coil according to claim 1 or 2 characterized in that there are depressions (15, 16) which intersect each other on the same side of the metallic foil.

4. Sheet-wound coil according to any of the preceding claims, characterized in that said depressions (11, 15, 16) have a depth of 2-25 µm and a maximum width of 2-50 µm.

5. Sheet-wound coil according to claim 2 to 4, characterized in that the distance between the midpoints of adjacent parallel depressions (11, 15,16) is 1 to 30 mm.

6. Sheet-wound coil according to any of the preceding claims, characterized in that the sheet of the sheet-wound coil includes at least one layer of paper (26, 27).