EP0056580A1

EP0056580A1 - Wicklung für einen luftgekühlten Trockentransformator oder für eine Drosselspule mit Distanzelementen in den Luftkanälen

Info

Publication number: EP0056580A1
Application number: EP82100047A
Authority: EP
Inventors: Jacobus F.H. Van Der Vegt
Original assignee: Smit Transformatoren BV
Current assignee: Holec Systemen en Componenten BV
Priority date: 1981-01-16
Filing date: 1982-01-07
Publication date: 1982-07-28
Also published as: DE3101217C2; EP0056580B1; ATE15293T1; DE3101217A1; JPS57172707A

Abstract

Wicklung für einen luftgekühlten Trockentransformator oder eine Drosselspule, bei der zirkumferentiale Luftkanäle zwischen wenigstens zwei Wicklungslagen (1, 2) durch in Achsenrichtung, über den Umfang verteilte, stabförmige Distanzelemente (3) offengehalten sind, die im Querschnitt aus zwei frei endenden, untereinander verbundenen Stützschenkeln (4, 5) bestehen. Die Stützschenkel (4, 5) können parallel zueinander liegen und im Querschnitt zusammen mit dem Verbindungssteg eine H- oder n -Konfiguration bilden oder zu den freien Enden hin divergieren und im Querschnitt eine Trapez- oder V-Form bilden. Eine weitere Variante ist, daß die Stützschenkel parallel oder gewinkelt zueinander liegen und durch einen Bogen untereinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wicklung für einen luftgekühlten Trockentransformator oder eine Drosselspule, bei der zirkumferentiale Luftkanäle zwischen wenigstens zwei Wicklungslagen durch in Achsenrichtung oder schräg dazu liegende, über den Umfang verteilte, stabförmige Distanzelemente offen gehalten sind.
Es ist bekannt, bei sogenannten Trockentransformatoren oder ähnlich aufgebauten Drosselspulen mit Luftkühlungskanälen den Aufbau der Windungen zu einer Wicklung so vorzunehmen, daß im Naßwickelverfahren die Wicklungsdrähte in einer aushärtenden Kunstharzbettung gewickelt werden, wobei je nach Belastung und Erfordernissen zwischen Wicklungslagen zirkumferentiale Luftkanäle gelassen werden, in denen stabförmige Distanzelemente eingelegt werden. Dabei können zur Erleichterung des Wickelns und zur genauen Distanzhaltung Hilfsstäbe eingelegt werden, die nach dem Wickeln wieder entfernt werden. Es ist auch möglich, die Distanzelemente nicht genau axial, sondern etwas schräg zur Achse zu legen. Ein Wicklungsverfahren der beschriebenen Art ist beispielsweise aus der US-A 3 170 225 zu ersehen. Die Distanzelemente bestehen üblicherweise aus Holz oder Kunststoff. Im Querschnitt zeigen sie ein rechteckiges Vollprofil. Es ist ersichtlich, daß der durch die Distanzelemente eingenommene Platz für den Kühlkanalquerschnitt verlorengeht.
Es ist auch schon bekannt, mäandrierende oder in Sägezahnform gewellte Folien in den Kühlkanal-Raum einzulegen. Hierzu wird beispielsweise auf die Figur 4 der NL-A 7 209 447 verwiesen. Diese Art der Gestaltung der Distanzelemente hat den Vorteil, daß der Kühlkanal einen größeren lichten Querschnitt erhält.
Es zeigt sich allerdings, daß eine besondere Problematik durch die bekannten Abstandselemente nicht gelöst wird. Wie bekannt, werden die Wicklungslagen der innenliegenden Wicklungen, d. h. derjenigen Wicklungen, die direkt um den Kernschenkel angeordnet sind, im Kurzschlußfall mit erheblichen Kräften in Richtung Kern gedrückt. Bei den außen liegenden Wicklungen sind die Kräfte radial nach außen gerichtet. Diese Kräfte müssen durch die Distanzhalter aufgefangen werden. Während des normalen Betriebes der Wicklungen sind diese Kräfte nicht so hoch. Im allgemeinen wird daher der Konstrukteur einen Kompromiß suchen zwischen dem zirkumferentialen Abstand der einzelnen Distanzelemente und der notwendigen Festigkeit gegenüber den Wicklungskräften zwischen den Distanzelementen. Es ist deshalb beim Wickeln eine besondere "Kunst", die unmittelbar auf den Distanzelementen liegenden Bereiche der Wicklung etwas stärker mit Kunstharz zu tränken, um eine stärkere Durchbiegungskraft aufnehmen zu können. Diese besondere Art der Herstellung ist natürlich nicht besonders leicht reproduzierbar, so daß im allgemeinen eine dichtere'Folge der Distanzelemente aus Sicherheitsgründen gewählt werden muß. Bei den gewellten Einlagen dagegen sind die Abstände bestimmt und können praktisch nicht variiert werden.
Es stellt sich demnach die Aufgabe, die Wicklung für luftgekühlte Trockentransformatoren so dicht und straff wie möglich wickeln zu können, ohne daß die erforderliche Kühlleistung darunter leidert, oder umgekehrt, eine ausreichende Kühlleistung auch dann herzustellen, wenn die Wicklung möglichst dicht und straff gewickelt ist.
Diese Aufgabe wird gelöst bei einer Wicklung für einen luftgekühlten Trockentransformator oder eine Drosselspule, bei der die über den Umfang verteilten Distanzelemente keinen Vollquerschnitt aufweisen, sondern aus zwei wenigstens auf einer Seite frei endenden, untereinander verbundenen Stützschenkeln bestehen.
Die Erfindung beruht demgemäß auf dem Grundgedanken, die Vollprofil-Distanzelemente durch solche zu ersetzen, die kein Vollprofil, sondern ein wenigstens einseitig offenes Stegprofil aufweisen. Derartige Distanzelemente können durch Extrudieren aus Kunststoff hergestellt werden.
Dabei sind_verschiedene Konfigurationen möglich. Die Stützschenkel können parallel zueinander liegen und im Querschnitt zusammen mit dem Verbindungssteg ein H-odern-Konfiguration bilden. Die oder π -Konfiguration hat den Vorteil, daß bei dem Einlegen Ober- und Unterseite gleich sind. Die π -Konfiguration wieder führt zu einer etwas größeren Festigkeit, da der verbindende Quersteg eine Art Dach bildet.
Es ist auch möglich, die Stützschenkel zu ihren freien Enden hin divergieren zu lassen, wobei sie im Querschnitt gegebenenfalls zusammen mit einem Verbindungs-steg, eine Trapez- oder V-Form bilden. Diese Konfiguration hat den Vorteil, daß die schrägliegenden Stützschenkel eine relativ große Knicklast aufnehmen können. Schließlich ist noch möglich, daß bei parallelen oder im Winkel zueinander stehenden Stützschenkeln diese durch einen Bogen miteinander verbunden sind.
Die Distanzelemente können beispielsweise auf einem mit Klebschicht versehenen Hilfsträger aufgebracht sein. Es ist auch möglich, sie an ihren freien Enden oder in anderen Bereichen über eine Spritzhaut oder eine dünne Folie miteinander zu verbinden. Die Folie sollte so dünn oder entsprechend perforiert sein, daß sie auch leicht wieder eingerissen werden kann.
Weitere Eigenschaften, von denen ein Teil auch in den Unteransprüchen erwähnt ist, werden im folgenden anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert. Die zugehörige Zeichnung umfaßt folgende Figuren:

Figur 1 zeigt einen Teil einer Wicklung, bei denen zwischen zwei Wicklungslagen Distanzelemente eingebaut sind;
Figuren 2 a) - d) zeigen verschiedene Querschnitte von Distanzelementen.

Die Teilwicklung, die in der Figur 1 dargestellt ist, ist aus Wicklungsdraht oder aus Folienwicklung hergestellt, wie diese als Stand der Technik bekannt ist. Die zwischen zwei Wicklungslagen 1, 2 in Achsenrichtung (oder im wesentlichen in Achsenrichtung) liegenden, über den Umfang verteilten, stabförmigen Distanzelemente 3 sind relativ dicht angeordnet, jedenfalls in Umfangsrichtung enger und dichter, als es bei den bekannten Vollprofil-Stabelementen üblich ist. Die Distanzelemente 3 sind als ein offenes Profil gestaltet, wobei der Querschnitt einen-Konfiguration hat. Die Konfiguration besteht aus zwei Stützschenkeln 4, 5, die parallel zueinander liegen und mit einem senkrecht dazu liegenden Verbindungssteg 6 miteinander starr verbunden sind. Die Wandstärke der Stützschenkel beträgt etwa 5 - 20 % der Querschnittsbreite bzw. -höhe. Diese Gestalt der Distanzelemente ermöglicht, daß auch der Querschnitt der Distanzelement für den Wärmetransport durch die Kühlungsluft ausgenutzt wird, während gleichzeitig eine relativ dichte Belegung des Umfanges mit Distanzelementen zur Erhöhung der Festigkeit möglich ist. Durch diese Konfiguration kann die Belegung des Querschnittes mit Wicklungsmaterial, sei es Draht, sei es Folie, erhöht werden.
Die Distanzelemente können an ihren Füßen bzw. freien Enden 7 mit einer feinen Spritzhaut 8 untereinander verbunden sein, so daß das Einlegen erleichtert wird. Anstelle einer Spritzhaut kann auch eine andere dünne Folie, die vorteilhafterweise leicht einzureißen ist, verwendet werden. Die Distanzelemente sind vorzugsweise aus Kunfststoff im Extrudierverfahren oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt, wobei die Faservorzugsrichtung in Element-Achsenrichtung liegt.
Andere Möglichkeiten der Querschnittskonfiguration sind in den Figuren 2 a) bis d) dargestellt. Figur 2 a) zeigt eine Querschnittsform ähnlich der in Figur 1. Die Stützschenkel 4, 5 enden in fußartigen Verbreiterungen 9. Im Bereich der Übergänge von Stützschenkel zum Verbindungssteg 6 weisen die Distanzelemente Versteifungen 10 auf. Diese Versteifungen sind im vorliegenden Falle in den Winkeln angebrachte Verdickungen der verwendeten Kunststoffmasse. Die in Figur 2 a) dargestellte Querschnittsform ist daher geeignet, eine größere Belastung aufzunehmen als das Profil der Figur 1.
Figur 2 b) zeigt eine Querschnittsform, bei der die Stützschenkel 4 b, 5 b zu den freien Enden 9 b hin divergieren, wobei die nahe zueinanderliegenden Enden durch einen Verbindungssteg 6 b miteinander verbunden sind. Dadurch ergibt sich im Querschnitt eine Trapezform. Wird der Steg 6 weggelassen und eine entsprechende Neigung der Schenkel 4 b, 5 b gewählt, so kann sich auch eine V-Form ergeben.
Figur 2 c zeigt eine sogenannte H-Konfiguration, bei der die Stützschenkel 4 c, 5 c parallel zueinander liegen und Etwa in der Mitte durch einen Verbindungssteg 6 c verknüpft sind. Diese Konfiguration hat den Vorteil, daß oben und unten bei der Montage vertauscht werden können.
Figur 2 d zeigt eine Konfiguration, bei der Stützschenkel 4 d, 5 d parallel zueinander liegen und anstelle durch einen geraden Steg durch einen Bogen 3 d miteinander verbunden sind. Wie bekannt, kann ein Bogen die aufliegenden Kräfte besonders gut nach den Seiten hin ableiten.
Die Höhe und Länge der Stützschenkel im Verhältnis zu den Verbindungsstegen bzw. dem Bogen ergibt sich aus den nctwendigen Abständen der zu kühlenden Wicklungslagen bzw. aus den dem Fachmann bekannten Wärmeabführungsnotwendigkeiten bei bestimmter elektrischer Wicklungsleistung. Im übrigen lassen sich aus den Figuren 1 und 2 in etwa die Größenverhältnisse der Teile zueinander ablesen.
Bei der Montage der Wicklung werden die neuen Distanzelemente eingelegt und angebracht, wie dies bekannt ist. Beispielsweise ist auch möglich, Hilfsdistanzelemente während des Wickelns einzulegen und nach dem Aushärten der Wicklung wieder zu entfernen. Es ist auch möglich, die Distanzelemente auf eine Trägerfolie aufzukleben und in der gewünschten Anordnung innerhalb der Wicklungen anzubringen. Wie bekannt, können die Distanzelemente innerhalb der Oberspannungs-, Unterspannungswicklung eingebracht oder zwischen die Ober- und Unterspannungswicklung eingelegt werden.

Claims

1. Wicklung für einen luftgekühlten Trockentransformator oder eine Drosselspule, bei der zirkumferentiale Luftkanäle zwischen wenigstens zwei-Wicklungslagen durch die Achsenrichtung oder schräg dazu liegende, über den Umfang verteilte, stabförmige Distanzelemente offengehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt die Distanzelemente (3) aus zwei wenigstens auf einer Seite frei endenden, untereinander verbundenen Stützschenkeln (4, 5) bestehen.

2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützschenkel (4, 5; 4 b, 5 b) parallel zueinander liegen und im Querschnitt zusammen mit dem Verbindungssteg eine H- oder n -Konfiguration bilden (Figur 2 a, c).

3. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützschenkel (4 b, 5 b) zu den freien Enden (9 b) hin divergieren und im Querschnitt eine Trapez- oder V-Form bilden (Figur 2 b).

4. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützschenkel (4 d, 5 d) parallel oder gewinkelt zueinander liegen und durch einen Bogen (3 d) untereinander verbunden sind (Figur 2 d).

5. Wicklung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente im Bereich der Übergänge von Stützschenkel zum Verbindungssteg oder Bogen Versteifungen (10) aufweisen.

6. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Distanzelemente mit fußartigen Verbreiterungen (9) versehen sind.

7. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Distanzelemente an den freien Enden der Verbindungsstege über eine Spritzhaut (8) oder eine dünne Folie miteinander verbunden sind.

8. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente (3) aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, wobei die Faservorzugsrichtung in Elementachsenrichtung liegt.