EP0165435B1 - Verfahren zur Herstellung einer Unterspannungswicklung für Transformatoren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Unterspannungswicklung für Transformatoren Download PDF

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EP0165435B1
EP0165435B1 EP85105657A EP85105657A EP0165435B1 EP 0165435 B1 EP0165435 B1 EP 0165435B1 EP 85105657 A EP85105657 A EP 85105657A EP 85105657 A EP85105657 A EP 85105657A EP 0165435 B1 EP0165435 B1 EP 0165435B1
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casting
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castings
coil
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EP85105657A
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Wolfgang Ing.-Grad. Bendel
Klaus Dr. Dipl.-Chem. Kretzschmar
Helmut Dr. Dipl.-Chem. Markert
Wolfgang Dr. Dipl.-Chem. Rogler
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12Insulating of windings
    • H01F41/127Encapsulating or impregnating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing undervoltage windings for transformers from strip material wound spirally with intermediate insulating layers and with a sprue of cast resin on each of the two annular end faces.
  • undervoltage windings are provided, for example, in winding arrangements of air-cooled transformers according to DE-OS 22 46 235 and DE-OS 26 40 595.
  • the sprues on the annular end faces of the undervoltage windings are used to seal them moisture-proof and electrically.
  • peroxidically curing unsaturated polyester resins are used in the known arrangements.
  • German patent applications P 33 23 153.2 and P 33 23 154.0 have proposed reaction resin mixtures of polyfunctional epoxies and polyfunctional isocyanates as essential components which can withstand these loads.
  • the processing of these known cast resin mixtures requires potting with reduced ambient air pressure and long dwell times of each individual potting in the mold. These methods are therefore uneconomical and unsuitable for quickly casting the two end faces of a winding, in particular because of the doubling of the service life in the mold.
  • the invention is therefore based on the object to provide a process for the undervoltage windings of dry-type transformers to be covered only with casting resin, which process can be used economically and enables the production of castings from casting resin, which also corresponds to temperature class F at temperatures above 155 ° C and higher ensure operation without cracking.
  • an N.N-dimethylbenzylamine serves as the reaction accelerator and the winding remains on the winding core during the sprueings, while curing at 100 ° C. to 140 ° C. takes place only after the winding has been removed from the winding core.
  • the curing temperature is exceeded during a warm-up of the transformer for test purposes and the glass transition temperature is thereby increased at the same time.
  • the method according to the invention is very advantageous because, in spite of the gates taking place in succession, it enables practically continuous work on the winding being treated in each case and because it also ensures the production of very temperature-resistant gates.
  • An iron core 1 composed of sheet metal lamellae with yokes 2 is held together by bandages 3, the yokes 2 are also held together by yoke press beams 4, which simultaneously transmit axial clamping forces of an undervoltage winding 5 and an overvoltage winding 6 to tension cover plates 7 resting on the iron core.
  • the yoke press beams 4 on the lower yoke 6 carry angles 8 which are part of a chassis 9 with rollers 10.
  • the undervoltage winding 5 and the high-voltage winding 6 are clamped between them press blocks 11, the required clamping force being set by pressing elements 13 which support the upper yoke 2.
  • the press blocks 11 are provided with elastic supports 12, which simultaneously manufacture tolerances of the undervoltage winding 5 and Compensate the high-voltage winding 6 and decouple the latter from the iron core 1 and the yokes 2 in terms of vibration technology.
  • the high-voltage winding 6 is completely encased in casting resin and consists of coils electrically connected in series.
  • the high-voltage windings 6 of the three phases of the same transformer are connected to one another by switching strips 14, preferably in a delta connection.
  • the undervoltage winding 5 consists essentially of a spirally wound strip material 15, the width of which is approximately equal to the length of the legs in the axial direction.
  • a prepreg film 16 which is somewhat wider than the strip material 15 and consequently protrudes somewhat at both ends of the winding in the axial direction, is used for the electrical insulation of the windings lying one on top of the other.
  • a sprue 17 of cast resin is cast onto the annular end faces of the undervoltage winding 5.
  • Each of these sprues 17 seals the winding end face covered by it and at the same time protects the edges of the prepreg film 16 which it surrounds from mechanical damage.
  • Casting strips that run in with the first and last turns serve as the shape for the sprues, with a sprue 17 initially being cast from above with the winding axis standing vertically and, after it has solidified, the second sprue 17 in turn being cast from above after the winding has been turned over.
  • a mixture of polyepoxy resins and isocyanate resins is used as the casting resin.
  • This mixture solidifies by adding a reaction accelerator, for example N.N-dimethylbenzylamine (DMBA), at room temperature in a short time to such an extent that it can be mechanically loaded at least with the weight of the undervoltage winding 5 at room temperature.
  • DMBA N.N-dimethylbenzylamine
  • This cold-curing casting resin can also be used to cast other parts of dry transformers that are subject to high mechanical and thermal stress. This applies in particular to parts for which a conventional vacuum casting with gelling at elevated temperature is not possible or uneconomical for manufacturing reasons.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Unterspannungswicklungen für Transformatoren aus spiralig mit Isolierzwischenlagen aufgewickeltem Bandwerkstoff und mit einem Anguß aus Gießharz auf jeder der beiden ringförmigen Stirnflächen.
  • Derartige Unterspannungswicklungen sind beiepielsweise in Wicklungsanordnungen von luftgekühlten Transformatoren gemäß DE-OS 22 46 235 und DE-OS 26 40 595 vorgesehen. Dabei dienen die Angüsse auf den ringförmigen Stirnflächen der Unterspannungswicklungen zu deren feuchtigkeitsdichtem und elektrisch isolierenden Abschluß. Hierzu werden bei den bekannten Anordnungen peroxydisch härtende ungesättigte Polyesterharze verwendet.
  • Die mit diesen Polyesterharzen hergestellten Stirnvergüsse neigen jedoch beim Überschreiten der zulässigen Höchsttemperatur zur Rißbildung. Demzufolge genügen die bisher genutzten Rezepturen für die Gießharzgemische, sobald die zulässige Temperatur auf neuerdings geforderte Werte angehoben wird, nicht mehr allen thermischen und bei Temperaturwechseln auftretenden mechanischen Belastungen.
  • Zum vollständigen Einbetten von Transformatorwicklungen in Gießharz sind zwar durch die deutschen Patentanmeldungen P 33 23 153.2 und P 33 23 154.0 Reaktionsharzmischungen aus polyfunktionellen Epoxyden und polyfunktionellen Isocyanaten als wesentliche Bestandteilen vorgeschlagen worden, die diesen Belastungen standhalten. Die Verarbeitung dieser bekannten Gießharzmischungen setzt jedoch ein Verguß bei abgesenktem Umgebungsluftdruck und lange Verweilzeiten jedes Einzelvergusses in der Gießform voraus. Diese Verfahren sind daher zum schnell aufeinanderfolgenden Vergießen der beiden Stirnseiten einer Wicklung, insbesondere wegen der Verdopplung der Standzeit in der Form, unwirtschaftlich und ungeeignet.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die lediglich auf ihren Stirnseiten mit Gießharz abzudeckenden Unterspannungswicklungen von Trockentransformatoren ein Verfahren zu schaffen, das wirtschaftlich einsetzbar ist und die Herstellung von Angüssen aus Gießharz ermöglicht, die auch bei Temperaturbelastungen über 155°C entsprechend der Wärmeklasse F und höher einen Betrieb ohne Rißbildung gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst,
    • nach dem als Gießharz ein an sich bekanntes lösungsmittelfreies Gemisch aus Polyepoxydharzen und aus Polyisocyanatharzen dient,
    • nach dem dieses Gemisch durch Zugabe eines Reaktionsbeschleunigers bei Raumtemperatur innerhalb weniger Minuten nach dem Anguß auf die jeweilige Stirnfläche zu einem sich selbst tragenden bei Raumtemperatur bereits mechanisch belastbaren Ring angehärtet ist, nach dem die angehärteten Ringe derselben Wicklung jeweils gleichzeitig bei 100°C bis 140°C ausgehärtet werden, so daß sie auch bei erhöhter Temperatur mechanisch belastbar sind und
    • nach dem die ausgehärteten Ringe beim betriebsmäßigen Überschreiten der Aushärtetemperatur durch Anhebung der Glasübergangstemperatur (Glasumwandlungstemperatur) nachhärten.
  • Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dient als Reaktionsbeschleuniger ein N.N-Dimethylbenzylamin (DMBA) und verbleibt die Wicklung während der Angüsse noch auf dem Wickelkern, während die Aushärtung bei 100°C bis 140°C erst nach Abnahme der Wicklung vom Wickelkern erfolgt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Aushärtetemperatur bei einem zu Prüfzwecken erfolgenden Warmlauf des Transformators überschritten und dadurch gleichzeitig die Glasübergangstemperatur angehoben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr vorteilhaft, weil es trotz der zeitlich nacheinander erfolgenden Angüsse ein praktisch kontinuierliches Arbeiten an der jeweils behandelten Wicklung ermöglicht und weil es darüber hinaus die Herstellung sehr temperaturfester Angüsse gewährleistet.
  • Ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Unterspannungswicklungen wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
    • Fig. 1 Ansicht und Halbschnitt von einem Gießharztransformator und
    • Fig. 2 die Einzelheit A hieraus in stark vergrößertem Maßstab.
  • Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Ein aus Blechlamellen zusammengesetzter Eisenkern 1 mit Jochen 2 wird durch Bandagen 3 zusammengehalten, die Joche 2 werden außerdem durch Jochpreßbalken 4 zusammengehalten, die gleichzeitig axiale Einspannkräfte einer Unterspannungswicklung 5 sowie einer Oberspannungswicklung 6 auf an den Eisenkern anliegende Zugdeckplatten 7 übertragen. Die Jochpreßbalken 4 am unteren Joch 6 tragen Winkel 8, die Teil eines Fahrgestelles 9 mit Rollen 10 sind.
  • Die Unterspannungswicklung 5 und die Oberspannungswicklung 6 sind zwischen ihnen gemeinsamen Preßklötzen 11 eingespannt, wobei die erforderliche Spannkraft durch sich am an dem oberen Joch 2 abstützende Preßelemente 13 eingestellt ist. Die Preßklötze 11 sind mit elastischen Auflagen 12 versehen, die gleichzeitig Fertigungstoleranzen der Unterspannungswicklung 5 sowie der Oberspannungswicklung 6 ausgleichen und die letzteren schwingungstechnisch von dem Eisenkern 1 und den Jochen 2 entkoppeln.
  • Die Oberspannungswicklung 6 ist vollständig in Gießharz eingehüllt und besteht aus elektrisch in Reihe geschalteten Spulen. Die Oberspannungswicklungen 6 der drei Phasen des gleichen Transformators sind durch Schaltleisten 14, vorzugsweise in einer Dreieckschaltung, miteinander verbunden.
  • Die Unterspannungswicklung 5 besteht im wesentlichen aus einem spiralig aufgewickelten Bandwerkstoff 15, dessen Breite annähernd gleich der Länge der Schenkel in Achsrichtung ist. Zur elektrischen Isolierung der aufeinanderliegenden Windungen dient eine Prepregfolie 16, die etwas breiter ist als der Bandwerkstoff 15 und demzufolge an beiden Enden des Wickels in Achsrichtung etwas vorsteht.
  • Nach dem gleichzeitigen Aufwickeln des Bandwerkstoffes 15 und der Prepregfolie 16 und vor dem Abnehmen des hiervon gebildeten Wickels von einem nicht dargestellten Wickelträger wird an die ringförmigen Stirnseiten der Unterspannungswicklung 5 je ein Anguß 17 aus Gießharz angegossen. Jeder dieser Angüsse 17 versiegelt die von ihm abgedeckte Wicklungsstirnfläche und schützt gleichzeitig die von ihm umhüllten Ränder der Prepregfolie 16 vor mechanischen Beschädigungen. Als Form für die Angüsse dienen Vergußstreifen, die mit der ersten und letzten Windung einlaufen, wobei bei senkrecht stehender Wickelachse von oben zunächst ein Anguß 17 und nach dessen Erstarren nach dem Umdrehen des Wickels der zweite Anguß 17 wiederum von oben gegossen sind.
  • Zur Erzielung auch bei höherer Betriebstemperatur nicht rißanfälliger Angüsse 17 ist dabei als Gießharz ein Gemisch aus Polyepoxydharzen und Isocyanatharzen verwendet. Dieses Gemisch erstarrt durch Zugabe eines Reaktionsbeschleunigers, beispielsweise N.N-Dimethylbenzylamin (DMBA), bei Raumtemperatur in kurzer Zeit so weit, daß es bei Raumtemperatur mindestens mit dem Gewicht der Unterspannungswicklung 5 mechanisch belastbar ist. Der Wickel aus dem Bandwerkstoff 15 und der Prepregfolie 16 kann daher schon kurze Zeit nach dem Herstellen des ersten Angusses 17 zum Gießen des zweiten Angusses 17 umgedreht werden.
  • Mit diesem kalt anhärtenden Gießharz lassen sich jedoch auch andere mechanisch und thermisch stark beanspruchte Teile von Trockentransformatoren vergießen. Dies gilt insbesondere für Teile, für die aus fertigungstechnischen Gründen ein konventioneller Vakuumverguß mit einem Ausgelieren bei erhöhter Temperatur nicht möglich oder unwirtschaftlich ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Unterspannungswicklungen (5) für Transformatoren aus spiralig mit Isolierzwischenlagen (16) aufgewickeltem Bandwerkstoff (15) und mit einem Anguß (17) aus Gießharz auf jeder der beiden ringförmigen Stirnflächen, dadurch gekennzeichnet,
- daß als Gießharz ein an sich bekanntes lösungsmittelfreies Gemisch aus Polyepoxydharzen und aus Polyisozyanatharzen dient,
- daß dieses Gemisch durch Zugabe eines Reaktionsbeschleunigers bei Raumtemperatur innerhalb weniger Minuten nach dem Verguß auf die jeweilige Stirnfläche zu einem sich selbst tragenden bei Baumtemperatur bereits mechanisch belastbaren ringförmigen Anguß (17) angehärtet ist,
- daß die angehärteten Angüsse (17) derselben Wicklung (5) jeweils gleichzeitig bei 100° C bis 140°C ausgehärtet sind, so daß sie auch bei erhöhter Temperatur mechanisch belastbar sind und
- daß die ausgehärteten Angüsse (17) beim betriebsmäßigen Überschreiten der Aushärtetemperatur durch Anhebung der Glasübergangstemperatur (Glasumwandlungstemperatur) ohne Erweichen nachhärten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsbeschleuniger ein N.N-Dimethylbenzylamin (DMBA) dient.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (5) während des Gießens der Angüsse (17) noch auf dem Wickelträger verbliebt, die Nachhärtung bei 100°C bis 140° C, jedoch erst nach Abnahme der Wicklung (5) vom Wickelträger erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtetemperatur bei einem zu Prüfzwecken erfolgenden Warmlauf oder durch absichtliche Überlastung des Transformators überschritten und dadurch die Glasübergangstemperatur angehoben wird.
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