EP3363029A1 - Kompakter trockentransformator mit einer elektrischen wicklung und verfahren zur herstellung einer elektrischen wicklung - Google Patents

Kompakter trockentransformator mit einer elektrischen wicklung und verfahren zur herstellung einer elektrischen wicklung

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EP3363029A1
EP3363029A1 EP17702601.0A EP17702601A EP3363029A1 EP 3363029 A1 EP3363029 A1 EP 3363029A1 EP 17702601 A EP17702601 A EP 17702601A EP 3363029 A1 EP3363029 A1 EP 3363029A1
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EP
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coating
formulation
electrical winding
insulating body
filler
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Benedikt Hönisch
Tim-Felix Mai
Christian Seidel
Steffen Weinert
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Siemens AG
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Definitions

  • the invention relates to the coating of an insulating body of a dry-type transformer.
  • Dry transformers in particular cast-resin transformers are power transformers, which are used in power engineering for the transformation of voltages up to approximately 36 kV on the high-voltage side.
  • a low-voltage winding and a high-voltage winding are arranged coaxially around a leg of a core.
  • Undervoltage winding is the one winding with the lower voltage, called high-voltage winding that with the higher voltage. Both windings are embedded in a solid insulating material, in the case of the high-voltage winding often a casting resin is used for it.
  • a dry-type transformer is known from EP 1133779 B1.
  • a coating is provided which is preferably made of egg ⁇ nem semiconductive material. Special demands are made on the chemical and / or physical properties of these semi-conductive coating, in particular as defined in addition to a sheet resistance loading applies thermal, mechanical and chemi cal ⁇ stability.
  • an electrical winding for a dry-type transformer with a winding conductor, which is wound in several turns to form a coil, wherein the coil is Hautbet ⁇ tet in a solid insulator, provided, wherein at least one surface of Iso ⁇ Lier stressess has a coating with a certain sheet resistance, which comprises a resin component and at least one micro-scale and electrically conductive filler, wherein electrically conductive filler is present in a particle size in the range of lym to 2 mm.
  • the winding conductor can be a foil conductor, a tape conductor or a wire conductor.
  • the coil is embedded in an insulating body made of a solid insulating material. Frequently, this fig ⁇ a casting resin is used, with which the coil is cast around it and which is cured after the casting. in the Result is a mechanically stable winding in the form of a hollow cylinder whose coil is ge ⁇ provides good protection against environmental influences. According to the invention on at least one surface of the insulating Oberflä ⁇ a coating of a Harzmi- research with a microscale and electrically conductive filler applied.
  • the object is also achieved by a method for producing an electrical winding with the method steps:
  • the filler is in the form of at least one micro-scale filler fraction before the filler content is more than 20% by weight and / or more than 10% by volume of the coating.
  • At least two Grestoffpumblefrak- ions are present in the coating. It is particularly advantageous if the at least two filler fractions microscale filler particles have ⁇ . It is particularly advantageous that a defined sheet resistance can be determined by the ratio in which there are at least two filler fractions in the coating.
  • the coating can be produced by applying a formulation.
  • a formulation In this case, a processable, that is preferably flowable mixture of an uncured resin component with a hardener, either as two separate components or in one component present, mixed with filler and applied in solution to a surface. Subsequently, this formulation on the surface, for example by thermal and / or UV initiated reaction is cured to ferti ⁇ gen coating.
  • the resin matrix is present as a 2-component system of resin and hardener.
  • a water-soluble 2-component system is particularly advantageous because solvents organic solu- in the preparation of the coating who to be avoided generally considered to be environmentally hazardous ⁇ .
  • hardener and / or resin component can be processed in aqueous solution.
  • a material is considered to be electrically conductive if the electrical resistance is less than 10 8 ⁇ / D.
  • a material is considered to be insulator or non-conductive.
  • the coating should be at least ⁇ ⁇ be placed on the inner circumferential surface of the insulator, and preferably also on the end faces. Particularly preferably, the coating is applied to the entire surface of the insulator ⁇ Oberflä ⁇ , so next to the réelleman- tel components and the end faces also on the Jardinmantelflä ⁇ che.
  • the electrical field of the electrical winding is largely degraded in the casting resin and is thus reduced outside the winding to a size that allows the distance to other components of the transformer such as core or undervoltage winding can turn out smaller, resulting in a more compact Construction allows ⁇ light.
  • the coating is preferably made of a semiconducting material.
  • Semiconductor is considered to be a material in the art and within the meaning of the invention if its resistivity is less than 10 8 ⁇ / D and greater than 10 1 ⁇ / D.
  • an electrically conductive coating in particular one of the ge ⁇ entire surface of a winding is a short-circuit winding, a current will flow in this, which generates a power loss. With a coating of a semiconductive material, this power loss can be limited.
  • Suitable conductive or semiconductive coatings are based on a resin system in which a micro-scale semi-conductive filler is incorporated, advantageously in a Men ⁇ ge of more than 20 wt% and / or 10% by volume, in particular in loading ⁇ range from 20 wt% to 80 wt %, particularly preferably between 50% by weight and 60% by weight and / or the corresponding volume percent limits in the case of light, in particular hollow filler particles.
  • a two-component resin system having a first component selected from the group consisting of the following resins: epoxy, polyurethane, acrylate, polyimide and / or polyester resin system, as well as any mixtures, copolymers and Blends of the aforementioned resins is suitable.
  • a hardener such as amine, acid anhydride, peroxide, polyisocyanate, in particular aliphatic polyisocyanate, which is tailored to the respective resin, is added to the formulation.
  • a water-soluble hardener component is particularly preferred because of
  • the formulation has a certain processing time in which it is applied as an uncrosslinked formulation for coating on at least one surface of the insulating body.
  • the application is made for example by spraying, spraying, brushing, rolling and / or by immersion.
  • the formulation After curing, the formulation networked and the stability achieved ge ⁇ genüber environmental factors, solar radiation, mechanical stress etc.
  • the networking is supported for example by heating.
  • the coating has a stability at temperatures up to 170 ° C.
  • at least two fractions of a microsized filler are added to the formulation.
  • This is the Tro ⁇ ckenmasse the formulation and / or in the coating in an amount of more than 20wt% and / or 10% by volume, it may so-lie even in an amount of up to 80 wt% of the dry mass before ⁇ , but it is preferably in the range of 35 wt% to 75 wt%, in particular from 40 wt% to 60 wt% of the dry matter the formulation and / or the corresponding volume percent in the case of light filler particles.
  • a micro-scale filler D 5 o has an average grain size in the range of about 1 ym to 2 mm, for example in the range of 5ym to 100 ym, more preferably in the range of 10ym to 50ym on ⁇ suitable.
  • the filler can include all types of filler particle shapes. For example, globules may be mixed with platelet-shaped fillers. For very light filler particles, present in combination or alone in the formulation, the limit of at least 20% by weight will be the equivalent volume percent, eg, about 10 volumes! assumed as lower limit.
  • the filler particles are preferably of semiconducting Ma ⁇ TERIAL.
  • the material may be conductive carbon black, leadgraite, graphite, metal oxide, and / or metal nitride, as well as any mixtures thereof.
  • the filler particles may as well comprise a core with a shell or a core with a coating.
  • the filler particles may also be hollow, in particular hollow fibers and / or hollow spheres can also be used in the context of the invention alone or in combination with other Grestoffparti ⁇ kelfr forcingen.
  • a coated with semiconducting mate rial ⁇ core of, for example, mica is incorporated as a filler ⁇ sets.
  • a filler of a quartz powder with egg ⁇ ner coating and any mixtures of coated and uncoated GrestoffPellen is used here as a filler.
  • both metals Me ⁇ -metal oxides and doped metal oxides are advantageously used.
  • Semiconducting hollow spheres, hollow fibers or shells can also be used as filler particles. The lower limit of these very light filler particles is then about 10% by volume fill level in the coating.
  • the fillers can be used multimodally, that is to say in different filler particle sizes and / or filler particle shapes.
  • the coating has a sheet resistivity, also called sheet resistance, of 10 2 ⁇ / D to 10 5 ⁇ / D, preferably 10 3 ⁇ / D to 10 4 ⁇ / D.
  • sheet resistance also called sheet resistance
  • This area ⁇ resistance the electrical winding in the new state. Aging, environmental influences or pollution can change this.
  • a surface resistance of this magnitude limits the power loss particularly effectively, but on the other hand still offers sufficient scope for reducing the surface resistance due to contamination.
  • the thickness of the coating is at least in the range of the filler particle size, for example in the range from lym to 5 mm, preferably in the range of 30ym to 500ym, in particular in the range of 70ym to 130ym.
  • a mixture of a filler fraction with coated filler particles such as semiconductive metal oxide coated mica particles and a filler fraction is used ⁇ from a semiconducting material such as a conductive carbon black in the formulation for the coating.
  • a semiconducting material such as a conductive carbon black
  • ⁇ Be ranging from 0.5 to 2.5, preferably from 0.7 to 1.5, and in particular preferably of 0.8 to 1.2 are in use.
  • the coating is applied by brushing and / or a spraying process.
  • the application by spraying ensures on the one hand a uniform layer thickness and verhin ⁇ changed the other hand, air pockets, which would lead to partial discharges.
  • the coating is electrically grounded. As a result, the electric field outside the winding is particularly effectively reduced.
  • the coating can be applied to the entire surface or only to parts of the surface of the insulating body, as already described.
  • the insulating body is for example made of an epoxy resin, wherein a certain surface roughness of the insulating body on the sides to be coated for the adhesion of the coating on the surface is advantageous.
  • the formulation can be added to ionic dispersing a base, for example a surfactant and / or an additive.
  • the coating is a paint.
  • the coating can be carried out as dip coating, by spraying, brushing, rolling and / or. In this case, several of the mentioned methods can be consecutively or simultaneously used to apply the formulation.
  • the surface of the insulator before application of the formulation For ⁇ is treated are such that a good adhesion of the Formulie ⁇ tion and then the coating on the insulating body ensured.
  • the coating is of a semiconductive material.
  • the coating is applied in a spray process, whereby a particularly uniform layer thickness can be achieved.
  • Figure 1 shows a graph in which the aging of a semiconductive coating according to the present invention within 150 days at 170 ° C is shown. After a Ver ⁇ consolidate the coating within the first days can be seen a stable retention of the defined Schichtwider- Stands despite storage at 170 ° C during the entire Be ⁇ observation period of at least half a year.
  • the invention relates to an electrical winding for a dry-type transformer, which makes it possible to build a compact dry-type transformer even at higher voltage classes.
  • the electrical winding has a plurality of windings of a winding conductor wound into a coil.
  • the coil is embedded in a solid insulating body. Erfindungsge ⁇ Gurss is provided that a coating of an electroconducting ⁇ ELIGIBLE material, a resin matrix and microscale comprising filler is applied to at least one surface of the insulating body.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Wicklung für einen Trockentransformator, die es erlaubt auch bei höheren Spannungsklassen einen kompakten Trockentransformator zu bauen. Dazu weist die elektrische Wicklung mehrere zu einer Spule gewickelte Windungen eines Wicklungsleiters auf. Die Spule ist in einen festen Isolierkörper eingebettet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auf zumindest eine Oberfläche des Isolierkörpers eine Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material, eine Harzmatrix und mikroskaligen Füllstoff umfassend, aufgebracht ist.

Description

Beschreibung
Kompakter Trockentransformator mit einer elektrischen Wicklung und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Wick- lung
Die Erfindung betrifft die Beschichtung eines Isolierkörpers eines Trockentransformators. Trockentransformatoren, insbesondere Gießharztransformatoren sind Leistungstransformatoren, die in der Energietechnik zur Transformation von Spannungen bis circa 36 kV auf der Oberspannungsseite eingesetzt werden. Bei solchen Transformatoren sind eine Unterspannungswicklung und eine Oberspannungswick- lung koaxial um einen Schenkel eines Kerns angeordnet. Als
Unterspannungswicklung wird dabei diejenige Wicklung mit der niedrigeren Spannung, als Oberspannungswicklung diejenige mit der höheren Spannung bezeichnet. Beide Wicklungen sind in ein festes Isoliermaterial eingebettet, im Fall der Oberspan- nungswicklung wird häufig ein Gießharz dafür verwendet. Solch ein Trockentransformator ist aus der EP 1133779 Bl bekannt.
Aus der noch nicht veröffentlichten EP 15185886 AI (= internes Aktenzeichen 201519004) ist eine Weiterentwicklung des oben beschriebenen Trockentransformators, insbesondere auch für höhere Spannungen als 36 kV, bekannt. Darin wird eine kompaktere Bauweise des Trockentransformators offenbart, die sich unter anderem dadurch auszeichnet, dass der Trockentransformator kleinere Abmessungen hat, also kompakter gebaut ist und in diesem Zuge auch Luft als Isolator durch ein geeignetes Gießharz als festem Isolierkörper ersetzt wird.
Auf der Oberfläche des festen Isolierkörpers, in den eine elektrische Wicklung, also insbesondere eine zur Spule gewi- ekelte Ober- und/oder Unterspannungswicklung, eingebettet ist, ist eine Beschichtung vorgesehen, die bevorzugt aus ei¬ nem halbleitenden Material ist. An die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften dieser halbleitenden Beschichtung werden besondere Ansprüche gestellt, insbesondere was thermische, mechanische und chemi¬ sche Stabilität neben einem definierten Schichtwiderstand be- trifft.
Es besteht der Bedarf, eine geeignete Beschichtung des Iso¬ lierkörpers eines Trockentransformators die ein derartiges Eigenschaftsprofil erfüllt, zur Verfügung zu stellen.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Wicklung für einen Trockentransformator in kompakter Bauweise sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung für einen Isolierkörper einer solchen elektrischen Wicklung eines Tro- ckentransformators in Kompaktbauweise anzugeben, wobei zumin¬ dest auf einer Oberfläche des Isolierkörpers die Beschichtung vorgesehen ist, deren Schichtwiderstand im Bereich von 102 bis 105 Ohm/Square liegt und die eine hohe thermische Bestän¬ digkeit, eine hohe mechanische Robustheit und Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Sonneneinstrahlung zeigt .
Dazu ist eine elektrische Wicklung, insbesondere Oberspan¬ nungswicklung, für einen Trockentransformator mit Wicklungs- leiter, der in mehreren Windungen zu einer Spule gewickelt ist, wobei die Spule in einen festen Isolierkörper eingebet¬ tet ist, vorgesehen, wobei zumindest eine Oberfläche des Iso¬ lierkörpers eine Beschichtung mit einem bestimmten Schichtwiderstand hat, die eine Harzkomponente sowie zumindest einen mikroskaligen und elektrisch leitfähigen Füllstoff umfasst, wobei elektrisch leitfähiger Füllstoff in einer Partikelgröße im Bereich von lym bis 2 mm vorliegt.
Der Wicklungsleiter kann dabei ein Folienleiter, ein Bandlei- ter oder ein Drahtleiter sein. Die Spule ist in einen Isolierkörper aus einem festen Isoliermaterial eingebettet. Häu¬ fig wird hierfür ein Gießharz verwendet, mit dem die Spule umgössen wird und das nach dem Verguss ausgehärtet wird. Im Ergebnis erhält man eine mechanisch stabile Wicklung in Form eines Hohlzylinders, deren Spule gut vor Umwelteinflüssen ge¬ schützt ist. Erfindungsgemäß ist auf zumindest einer Oberflä¬ che des Isolierkörpers eine Beschichtung aus einer Harzmi- schung mit einem mikroskaligen und elektrisch leitfähigen Füllstoff aufgebracht.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zu Herstellung einer elektrischen Wicklung mit den Verfahrensschritten:
Wickeln eines Wicklungsleiters in mehreren Windungen zu einer Spule,
Einbetten der Spule in einen festen Isolierkörper, bevor- zugt durch Umgießen mit einem Gießharz und anschließendem
Aushärten des Isolierkörpers,
Einstellung eines vorbestimmten Schichtwiderstands in ei¬ ner Formulierung zur Herstellung einer Beschichtung durch Einarbeitung zumindest einer mikroskaligen Füllstofffrak- tion elektrisch leitfähiger Füllstoffpartikel in ein ungehärtetes Harz,
Aufbringen der Formulierung zur Erzeugung der Beschichtung auf zumindest einer Oberfläche des Isolierkörpers.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Füllstoff in Form zumindest einer mikroskaligen Füllstofffraktion vor deren Füllstoffgehalt über 20 Gew% und/oder über 10 Vol% der Beschichtung ausmacht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen in der Beschichtung zumindest zwei Füllstoffpartikelfrak- tionen vor. Insbesondere vorteilhaft ist, wenn die zumindest zwei Füllstofffraktionen mikroskalige Füllstoffpartikel auf¬ weisen . Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass ein definierter Schichtwiderstand durch das Verhältnis, in dem zumindest zwei Füllstofffraktionen in der Beschichtung vorliegen, bestimmbar ist .
Die Beschichtung ist durch Aufbringen einer Formulierung herstellbar. Dabei wird eine verarbeitbare, also bevorzugt fließfähige Mischung aus einer ungehärteten Harzkomponente mit einem Härter, entweder als zwei getrennte Komponenten oder in einer Komponente vorliegend, mit Füllstoff versetzt und in Lösung auf eine Oberfläche aufgebracht. Anschließend wird diese Formulierung auf der Oberfläche, beispielsweise durch thermische und/oder UV-initiierte Reaktion, zur ferti¬ gen Beschichtung ausgehärtet.
Nach einer Ausführungsform liegt die Harzmatrix als 2-Kom- ponentensystem aus Harz und Härter vor. Dabei ist insbesondere ein wasserlösliches 2-Komponentensystem vorteilhaft, weil damit bei der Herstellung der Beschichtung organische Lö- sungsmittel, die generell als umweltgefährdend angesehen wer¬ den, vermieden werden. Dabei können Härter- und/oder Harzkomponente in wässriger Lösung verarbeitet werden.
Besonders vorteilhaft ist es deshalb, wenn ein ein- oder zweikomponentiges Harzsystem eingesetzt wird, das umweltver¬ träglich, insbesondere durch den Einsatz wasserbasierter Lösungsmittel, ist. Beispielsweise können durch den Einsatz ei¬ nes wässrigen Polyurethan-Acrylatharzsystems weiterreichende ökologische Aspekte realisiert werden, wie der Verzicht auf Recycling oder Nachverbrennung des Lösungsmittels. Dabei kommt auch eine Erleichterung beim Arbeitsschutz für den Operator und/oder den Hersteller, wie beispielsweise einen Lackierer, zum Tragen. Deshalb reichen nach dieser vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung der Formulierung, die zur Erzeugung der Beschichtung auf zumindest einer Oberfläche des Isolierkörpers aufgebracht wird, wasserbasierte Lösungsmittel aus. In Fachkreisen und im Sinne der Erfindung wird ein Material als elektrisch leitfähig angesehen, wenn der elektrische Widerstand kleiner 108 Ω/D ist. Darüber gilt ein Material als Isolator oder als nicht leitend. Die Beschichtung sollte zu¬ mindest auf der Innenmantelfläche des Isolierkörpers aufge¬ bracht sein, vorzugsweise auch auf den Stirnflächen. Besonders bevorzugt ist die Beschichtung auf der gesamten Oberflä¬ che des Isolierkörpers aufgebracht, also neben der Innenman- telfläche und den Stirnflächen auch auf der Außenmantelflä¬ che. Durch eine solche Beschichtung wird das elektrische Feld der elektrischen Wicklung weitgehend im Gießharz abgebaut und wird so außerhalb der Wicklung auf eine Größe reduziert, die es erlaubt, dass der Abstand zu anderen Bestandteilen des Transformators wie Kern oder Unterspannungswicklung dadurch geringer ausfallen kann, was eine kompaktere Bauweise ermög¬ licht .
Bevorzugt ist die Beschichtung aus einem halbleitenden Mate- rial. Als halbleitend wird ein Material in Fachkreisen und im Sinne der Erfindung angesehen, wenn sein spezifischer Widerstand kleiner als 108 Ω/D und größer als 101 Ω/D ist. Da eine elektrisch leitfähige Beschichtung, insbesondere eine der ge¬ samten Oberfläche, einer Wicklung eine Kurzschlusswicklung darstellt, wird in dieser ein Strom fließen, der eine Verlustleistung erzeugt. Mit einer Beschichtung aus einem halbleitenden Material kann diese Verlustleistung begrenzt werden . Geeignete leitende oder halbleitende Beschichtungen basieren auf einem Harzsystem, in das ein mikroskaliger halbleitender Füllstoff eingearbeitet ist, vorteilhafterweise in einer Men¬ ge von mehr als 20 Gew% und/oder 10 Vol%, insbesondere im Be¬ reich von 20 Gew% bis 80 Gew%, insbesondere bevorzugt zwi- sehen 50 Gew% und 60 Gew% und/oder den entsprechenden Volumenprozentgrenzen im Falle von leichten, insbesondere hohlen Füllstoffpartikeln. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise ein zwei-komponenti- ges Harzsystem mit einer ersten Komponente, ausgewählt aus der Gruppe folgender Harze: Epoxid-, Polyurethan-, Acrylat-, Polyimid- und/oder Polyesterharzsystem, sowie beliebiger Mi- schungen, Copolymere und Blends der vorgenannten Harze dafür geeignet ist. Als zweite Komponente wird beispielsweise ein auf das jeweilige Harz abgestimmter Härter wie Amin, Säureanhydrid, Peroxid, Polyisocyanat , insbesondere aliphatisches Polyisocyanat , der Formulierung zugegeben. Insbesondere be- vorzugt ist eine wasserlösliche Härterkomponente wegen der
Umweltverträglichkeit, weil dabei die Nachverbrennung des Lö¬ sungsmittels entfällt und generell der Einsatz organischer Lösungsmittel im Sinne der Nachhaltigkeit ökologisch nachtei¬ lig ist.
Die Formulierung hat eine gewisse Verarbeitungszeit, in der sie als unvernetzte Formulierung zur Beschichtung auf zumindest eine Oberfläche des Isolierkörpers aufgetragen wird. Die Auftragung erfolgt beispielsweise durch Spritzen, Sprühen, Streichen, Rollen und/oder durch Eintauchen. Nach dem Aushärten vernetzt die Formulierung und erreicht die Stabilität ge¬ genüber Umwelteinflüssen, Sonneneinstrahlung, mechanischer Belastung etc. Die Vernetzung wird beispielsweise durch Erwärmung unterstützt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat die Beschichtung eine Stabilität bei Temperaturen bis zu 170°C. Um eine definierte elektrische Leitfähigkeit zur erreichen, werden der Formulierung zumindest zwei Fraktionen eines mikroskaligen Füllstoffs zugesetzt. Dieser liegt in der Tro¬ ckenmasse der Formulierung und/oder in der Beschichtung in einer Menge von über 20Gew% und/oder 10 Vol% vor, er kann so- gar in einer Menge von bis zu 80 Gew% der Trockenmasse vor¬ liegen, bevorzugt liegt er aber im Bereich von 35Gew% bis 75Gew%, insbesondere von 40 Gew% bis 60 Gew% der Trockenmasse der Formulierung und/oder den entsprechenden Volumenprozent im Falle leichter Füllstoffpartikel .
Als Füllstoff eignet sich insbesondere ein mikroskaliger Füllstoff, der eine mittlere Korngröße D5o im Bereich von ca. 1 ym bis zu 2 mm, beispielsweise im Bereich von 5ym bis 100 ym, besonders bevorzugt im Bereich von 10ym bis 50ym auf¬ weist. Der Füllstoff kann alle Arten von Füllstoffpartikelformen umfassen. Beispielsweise können globulare mit plättchenförmigen Füllstoffen gemischt vorliegen. Bei sehr leichten Füllstoffpartikeln, die in Kombination oder allein in der Formulierung vorliegen, wird die Grenze von mindestens 20 Gew% durch die entsprechenden Volumenprozent, also beispielsweise ungefähr 10 Volumen! als Untergrenze angenommen.
Die Füllstoffpartikel sind vorzugsweise aus halbleitendem Ma¬ terial. Beispielsweise kann das Material Leitruß, Leitgra- phit, Graphit, Metalloxid, und/oder Metallnitrid sein sowie beliebige Mischungen davon. Die Füllstoffpartikel können ebenso gut einen Kern mit einer Schale oder einen Kern mit einer Beschichtung umfassen. Die Füllstoffpartikel können auch hohl sein, insbesondere sind Hohlfasern und/oder Hohlkugeln auch im Sinne der Erfindung allein oder in Kombination mit anderen Füllstoffparti¬ kelfraktionen einsetzbar. Beispielsweise wird als Füllstoff ein mit halbleitendem Mate¬ rial beschichteter Kern aus beispielsweise Glimmer einge¬ setzt. Ebenso wird ein Füllstoff aus einem Quarzmehl mit ei¬ ner Beschichtung sowie beliebige Mischungen aus beschichteten und unbeschichteten FüllstoffPartikeln hier als Füllstoff verwendet.
Als halbleitende Beschichtungen werden sowohl Metalle, Me¬ talloxide als auch dotierte Metalloxide vorteilhafterweise eingesetzt. Auch halbleitende Hohlkugeln, Hohlfasern oder Schalen können als Füllstoffpartikel eingesetzt werden. Die Untergrenze bei diesen sehr leichten FüllstoffPartikeln liegt dann bei ungefähr 10 Volumenprozent Füllgrad in der Beschich- tung.
Die Füllstoffe können multimodal, das heißt in verschiedenen Füllstoffpartikelgrößen und/oder Füllstoffpartikelformen eingesetzt werden.
Durch eine geeignete Wahl an Material der Füllstoffpartikel , Füllstoffpartikelgröße, Füllstoffpartikelform, Füllstoffpartikelstruktur, Korngrößenverteilung, Größe der spezifischen Oberfläche und/oder Oberflächenaktivität des Füllstoffs kann in der Beschichtung ein weitgefächertes Eigenschaftsprofil erzeugt werden.
Vorzugsweise weist die Beschichtung einen spezifischen Flächenwiderstand, auch Schichtwiderstand genannt, von 102 Ω/D bis 105 Ω/Dbevorzugt 103Q/D bis 104 Ω/D auf. Diesen Flächen¬ widerstand weist die elektrische Wicklung im Neuzustand auf. Durch Alterung, Umwelteinflüsse oder Verschmutzung kann sich dieser verändern. Ein Flächenwiderstand dieser Größenordnung begrenzt einerseits die Verlustleistung besonders effektiv, bietet aber andererseits noch genügend Spielraum bei einer Reduktion des Flächenwiderstands durch Verschmutzung.
Die Dicke der Beschichtung liegt mindestens im Bereich der Füllstoffpartikelgröße, beispielsweise im Bereich von lym bis 5mm, bevorzugt im Bereich von 30ym bis 500ym, insbesondere im Bereich von 70ym bis 130ym.
Beispielsweise wird ein Gemisch aus einer Füllstofffraktion mit beschichteten FüllstoffPartikeln, wie mit halbleitendem Metalloxid beschichtete Glimmerpartikel und einer Füllstoff¬ fraktion aus einem halbleitendem Material wie einem Leitruß in der Formulierung für die Beschichtung eingesetzt. Im Gemisch können die beiden Füllstofffraktionen beispielsweise im Verhältnis 1:1 vorliegen oder es können unterschiedliche Men¬ gen vorliegen, wobei Verhältnisse von beschichteten Füllstoffpartikel zu unbeschichteten Fülllstoffpartikel im Be¬ reich von 0,5 bis 2,5, bevorzugt von 0,7 bis 1,5 und insbe- sondere bevorzugt von 0,8 bis 1,2 in Benutzung sind.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Be- schichtung durch Bepinseln und/oder ein Sprühverfahren aufgebracht. Insbesondere die Aufbringung durch Sprühen gewähr- leistet einerseits eine gleichmäßige Schichtdicke und verhin¬ dert andererseits Lufteinschlüsse, die zu Teilentladungen führen würden.
Er wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Beschichtung elektrisch geerdet ist. Hierdurch wird das elektrische Feld außerhalb der Wicklung besonders effektiv reduziert.
Die Beschichtung kann dabei auf die gesamte Oberfläche oder nur auf Teile der Oberfläche des Isolierkörpers, wie bereits beschrieben, aufgebracht werden. Der Isolierkörper ist beispielsweise aus einem Epoxidharz, wobei eine bestimmte Ober- flächenrauigkeit des Isolierkörpers auf den zu beschichtenden Seiten für die Haftung der Beschichtung auf der Oberfläche vorteilhaft ist.
Damit eine homogene Verteilung der Füllstoffpartikel opti¬ miert ist, kann der Formulierung ein Dispergieradditiv, beispielsweise ein Tensid und/oder ein Additiv auf ionischer Basis zugesetzt sein.
Durch ein solches Verfahren ist eine elektrische Wicklung herstellbar, deren elektrisches Feld durch die Beschichtung weitgehend abgeschirmt wird, und die in einem Trockentrans¬ formator eingesetzt dadurch eine kompaktere Bauweise ermög- licht. Vorzugsweise ist die Beschichtung ein Lack. Das Auf¬ bringen der Beschichtung kann dabei durch Spritzen, Sprühen, Streichen, Rollen und/oder als Tauchlackierung erfolgen. Dabei können mehrere der genannten Verfahren hintereinander oder gleichzeitig zur Aufbringung der Formulierung eingesetzt werden .
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Oberfläche des Isolierkörpers vor dem Aufbringen der For¬ mulierung behandelt, so dass eine gute Haftung der Formulie¬ rung und anschließend der Beschichtung auf dem Isolierkörper gewährleistet sind. Vorzugsweise ist die Beschichtung aus einem halbleitenden Material .
Besonders bevorzugt ist die Beschichtung in einem Sprühverfahren aufgebracht, wodurch sich eine besonders gleichmäßige Schichtdicke erreichen lässt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert : Figur 1 zeigt eine Graphik in der die Alterung einer halbleitenden Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb von 150 Tagen bei 170°C dargestellt ist. Nach einer Ver¬ festigung der Beschichtung innerhalb der ersten Tage erkennt man eine stabile Beibehaltung des definierten Schichtwider- Stands trotz der Lagerung bei 170°C während des gesamten Be¬ trachtungszeitraumes von immerhin einem halben Jahr.
Im Folgenden wird die Herstellung einer beispielhaften Formulierung zur Herstellung einer Beschichtung nach einer Ausfüh- rungsform der Erfindung durch eine tabellarische Zusammenfas¬ sung näher erläutert: Beispiel :
In dem gezeigten Beispiel wird eine Formulierung für eine Lackbeschichtung eines Trockentransformators in Kompaktbau¬ weise angegeben, wobei die Kombination von umweltverträgli¬ cher Lacktechnologie durch wasserbasierte Härterkomponenten und die trotzdem erreichte Robustheit in mechanischer und thermischer Hinsicht, wie in Figur 1 belegt, die technische Innovation der hier gezeigten Formulierung, insbesondere beim Einsatz für Trockentransformatoren, belegt.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Wicklung für einen Trockentransformator, die es erlaubt auch bei höheren Span- nungsklassen einen kompakten Trockentransformator zu bauen. Dazu weist die elektrische Wicklung mehrere zu einer Spule gewickelte Windungen eines Wicklungsleiters auf. Die Spule ist in einen festen Isolierkörper eingebettet. Erfindungsge¬ mäß ist vorgesehen, dass auf zumindest eine Oberfläche des Isolierkörpers eine Beschichtung aus einem elektrisch leitfä¬ higen Material, eine Harzmatrix und mikroskaligen Füllstoff umfassend, aufgebracht ist.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Wicklung, insbesondere Oberspannungswicklung, für einen Trockentransformator mit Wicklungsleiter, der in mehreren Windungen zu einer Spule gewickelt ist, wobei die Spule in einen festen Isolierkörper eingebettet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf zumindest einer Oberfläche des Isolierkörpers eine Beschichtung mit einem bestimmten Schichtwiderstand vorgese- hen ist, die Beschichtung durch Aufbringen einer Formulierung herstellbar ist und eine Harzkomponente sowie zumindest einen mikroskaligen und elektrisch leitfähigen Füllstoff umfasst, wobei Füllstoff in einer Partikelgröße im Bereich von lym bis 2 mm vorliegt.
2. Elektrische Wicklung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Füllstoff in einer Menge von über 20 Gew% und/oder über 10 Vol% in der Beschichtung vorliegt.
3. Elektrische Wicklung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung die Oberfläche des Isolierkörpers voll¬ ständig bedeckt.
4. Elektrische Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung aus halbleitendem Material ist.
5. Elektrische Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung zumindest bimodal gefüllt ist, also zu- mindest zwei Füllstoffpartikelfraktionen in der Beschichtung vorliegen .
6. Elektrische Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Oberflächenwiderstand der Beschichtung 102 Ω/D bis 105 Ω/D, bevorzugt 103Q/D bis 104 Ω/D beträgt.
7. Elektrische Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formulierung zur Erzeugung der Beschichtung durch ein Sprühverfahren aufbringbar ist.
8. Elektrische Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formulierung als Lösungsmittel Wasser enthält.
9. Elektrische Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung geerdet ist.
10. Elektrische Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Einstellung des Verhältnisses zumindest zweier Füllstoffpartikelfraktionen in der Formulierung der definierte Schichtwiderstand der Beschichtung einstellbar ist.
11. Elektrische Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Einstellung des Verhältnisses von beschichte¬ ten zu unbeschichteten FüllstoffPartikeln in der Formulierung der definierte Schichtwiderstand der Beschichtung einstellbar ist .
12. Verfahren zu Herstellung einer elektrischen Wicklung mit den Verfahrensschritten:
Wickeln eines Wicklungsleiters in mehreren Windungen zu einer Spule,
- Einbetten der Spule in einen festen Isolierkörper, bevorzugt durch Umgießen mit einem Gießharz und anschließendem Aushärten des Isolierkörpers,
Einstellung eines bestimmten Verhältnisses zumindest zwei¬ er Füllstoffpartikelfraktionen aus mikroskaligen Füllstof- fen in einer Formulierung zur Herstellung einer Beschichtung eines vorbestimmten Schichtwiderstands,
Aufbringen der Formulierung zur Erzeugung der Beschichtung auf zumindest einer Oberfläche des Isolierkörpers.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung auf die gesamte Oberfläche des Isolier¬ körpers aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung aus einem halbleitenden Material ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beschichtung durch Aufsprühen einer Formulierung und anschließender Härtung hergestellt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formulierung durch Lackieren, Spritzen, Streichen, Rollen und/oder als Tauchlackierung aufgebracht wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formulierung als wasserbasierte Lösung aufgebracht wird .
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