NO803716L - Med isolasjon forsynt leder for viklinger i transformatorer og andre induktive apparater - Google Patents

Description

Ved kortslutning i transformatorer oppstår krefter i viklingene som fører til at viklingen knekkes, dersom den ikke er tilstrekkelig motstandskraftig eller godt avstøttet.

En metode til å øke knekkholdfastheten av en vikling

og dermed motstandskraften mot kortslutningskrefter er å øke tykkelsen av den leder som med omgivende isolering anvendes for å bygge opp viklingen. En økning av lederens tykkelse fører imidlertid til økede tilleggstap og eventuelt til pro-blemer med lokalt høye temperaturer i viklingen. Viklingen blir dessuten overdimensjonert i elektrisk henseende og mer plasskrevende.

Det er kjent å redusere tilleggstapene ved å anvende kontinuerlig transponerte ledere ved oppbygning av transfor-matorviklinger. Slike ledere er bygget opp av flere lakkerte lederdeler med hovedsakelig rektangulær form, som i en felles, omhyllende isolering, vanligvis i form av en papiromspinning,

er anordnet parallelle i minst to rekker. I hver enkelt rad kan en lederdel være anordnet med en flatside vendt mot en flatside i en tilstøtende lederdel. Hver lakkert lederdel kan være forsynt med et overtrekk av en harpiks, som er uherdet eller halvt herdet, slik at lederdelene er bevegelige i forhold til hverandre under oppbyggingen av en vikling. Den uherdede eller halvt herdede harpiks herdes først etter at viklingen har fått sin endelige form, vanligvis i forbindelse med tør-kingen av viklingen. På grunn av de mange lederdeler og lederens grovhet er lederen vanskelig å vikle og lar seg ikke anvende for kompliserte viklinger, såsom f.eks. stabiliserte skiveviklinger på grunn av de nødvendige overganger mellom en skive og en tilgrensende skive i slike viklinger. Kontinuerlig transponerte ledere anvendes derfor normalt bare for vik-

linger bestående av et relativt lite antall vinninger av lederen anordnet i et skikt på en isolersylinder og da spesi-

elt for reguleringsviklinger.

I henhold til oppfinnelsen har det vist seg mulig å til-veiebringe en leder av hvilken det kan dannes en vikling med høy knekkholdfasthet og lave tilleggstap, og som egner seg utmerket for fremstilling av sogar kompliserte viklinger, så-

som stabiliserte skiveviklinger.

Oppfinnelsen bygger på den innsikt at det er mulig, dersom lederen bygges opp av lederdeler,å anvende uisolerte lederdeler, forutsatt at det mellom lederdelene anordnes isolerende skikt som sikrer at disse ikke kommer i kontakt med hverandre i viklingen. Ved at lederen kun har to lederdeler bibeholder nemlig delene i det alt vesentlige sin opprinne-lige innbyrdes stilling ved bøyning og andre lignende form-endringer. At det er mulig å anvende uisolerte lederdeler er av betydning ut fra et kostnadssynspunkt med hensyn til de meget store lengder av lederen som anvendes i en transformator. Det gir dessuten en høy fyllfaktor. Det isolerende skikt danner i henhold til oppfinnelsen i den ferdige vikling en limfuge mellom lederdelene, slik at lederen etter sammen-føyningen av lederdelene i mekanisk henseende hovedsakelig opptrer som om den utgjorde en enhetlig, massiv leder, hvilket medfører høy knekkholdfasthet, mens den i elektrisk henseende opptrer som to fra hverandre isolerte lederdeler, hvilket medfører lave tilleggstap.

Nærmere bestemt tilveiebringes der ved hjelp av oppfinnelsen en med isolasjon forsynt leder for dannelse av viklinger for transformatorer og andre induktive apparater, hvilken leder omfatter to inntil hverandre anordnede og fra hverandre isolerte lederdeler av hoveds.akelig rektangulær form. Lederen er karakteristisk ved at to usiolerte lederdeler er anordnet med en flatside av den ene lederdel vendt mot en flatside av den andre lederdel, idet der mellom disse flatsider er anordnet et isolerende skikt av et materiale som kan bringes til å danne en limfuge mellom lederdelene,

og som inneholder et avstandselement av isolasjonsmateriale for å sikre at lederdelene holdes på avstand fra hverandre.

Induktive apparater andre enn transformatorer kan bl.a. utgjøres av reaktorer og reaktortransformatorer.

Lederdelene er parallellkoblede ved at de er sammen-koblet i endene i en av lederen fremstilt vikling for en transformator eller tilsvarende apparat.

Den isolasjon som omgir lederen, kan være av konven-sjonell type og bestå av et med overlapping spiralviklét bånd av cellulosepapir eller av polymerfilm, såsom en film av polyethylenglycoltherefthalat, polycarbonat,polyimid, polyamidimid, polypropylen, polymethylpenten eller polysulfon. Isolasjonen kan også eventuelt bestå av en omvikling av et

garn av et'av de nevnte materialer.

Som eksempler på egnede materialer for anvendelse av det materiale som kan bringes til å danne limfugen, kan nevnes herdbare harpikser, såsom epoxyharpikser, polyamid-, modifiserte epoxyharpikser, urethanharpikse , isocyanatmodi-fiserte esterharpikser, urethanharpiksmodifiserte epoxyharpikser og visse gummityper, (f.eks. 4684 fra Du Pont, USA) samt termoplastiske harpikser (smeltelim), såsom polyethylenglycoltherefthalat, polyamid og polycarbonat. Materialet som danner limfugen,kan med fordel anordnes i form av en separat film mellom lederdelene. Det er likeledes mulig å anbringe materialet i form av et skikt på i det minste den ene av de to mot hverandre vendte flatsider av lederdelene, ved at en av lederdelene f.eks. bestrykes med en oppløsning av materialet.

Avstandselementet av isolasjonsmateriale i det materiale som danner limfugen, har til oppgave å sikre at lederdelene holdes på avstand fra hverandre og ikke danner kontakt med hverandre, spesielt under limingen, når limfugematerialet er flytende eller mykt. Til tross for at lederdelene er koblet sammen i viklingens ender blir den mangetiske fluks noe for-skjellig i dem, slik at der under drift oppstår en spenning mellom dem. Det er derfor nødvendig med en isolasjon mellom dem. Egnede avstandselementer er massiv film eller papir,

filt eller vevnader av fibermaterialer, såsom fibere av cellulose, polyethylenglycoltherefthalat, polyamid, polyvinyl-acetat, polyacrylnitril, polypropen og glass. I papir eller filt kan fibrene være bundet til hverandre blant annet mekanisk, ved sammenfiltring, eller ved smeltning eller med et adhesiv. Avstandselementet kan være forsynt med gjennomgående porer eller hull, som er fylt med limfugedannende materiale. Papir, filter eller vevnader som anvendes, kan med fordel være tynne. Det er også mulig å anvende som avstandselement konvensjonelle pulverformige fyllstoffer, såsom pulvere av kritt, glimmer, kvarts eller aluminiumoxyd, eller konvensjonelle fibrøse fyllstoffer, såsom fibere av cellulose, glass eller andre ovenfor eksemplifiserte fibermaterialer for papir, filt og vevnader.

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen er materialet som danner limfugen, bragt til å danne denne limfuge før. lederen er blitt formet til en vikling. En fordel med denne utførelsesform er at en slik leder kan fremstilles under anvendelse av et effektivt og regulert trykk på lederdelene, slik at limfugen mellom delene overalt får enhet-

lige egenskaper og delene effektivt festes til hverandre.

En slik leder kan kontrolleres med hensyn til mekaniske og elektriske egenskaper før den formes til en vikling. Da lederdelene er forankret til hverandre i den endelige stilling,

dvs. slik at deres innbyrdes stilling forblir uendret uten innbyrdes glidning ved dannelse av en vikling og senere behandling, kan lederen uten vanskelighet formes til en vikling med forutbestemte egenskaper.

I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen dannes limfugen først etter at en vikling er blitt fremstilt av lederen, dvs. etter at lederen er blitt gitt sin endelige form, og da fortrinnsvis i forbindelse med tørkningen av viklingen, hvorunder den oppvarmes tilstrekkelig til at det limfugedannende materiale vil gi en fuge mellom lederdelene. / Fordi lederen er anordnet med lederdelenes flatsider og det mellomliggende isolerende skikt hovedsakelig i viklingens aksialretning blir den ytre lederdel strukket mer enn den indre lederdel. Derved blir det isolerende skikt i viklingen utsatt for et radialt trykk som fremmer dannelsen av en mekanisk sterk fuge.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved beskrivelse av utførelseseksempler under henvisning til den vedføyede tegning, hvor fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom en leder ifølge oppfinnelsen, fig. 2 skjematisk viser en anordning for fremstilling av en utførelsesform av en leder ifølge oppfinnelsen, fig. 3 skjematisk viser en krafttransformator som inneholder alle de for den foreliggende oppfinnelse prinsipielt viktige elementer, men som for oversiktens skyld er forenklet slik at den kun viser én enkelt lavspenningsvikling og én enkelt høyspenningsvik-lirg méd tilhørende gjennomføringer, fig. 4

viser viklingene i større skala, og fig. 5 viser ledere i høyspenningsviklingen i tverrsnitt. Tegningen viser en transformator med lavspenningsviklingen utført som lagervikling og

høyspenningsviklingen som skivevikling, men oppfinnelsen kan også tilpasses andre viklingstyper.

På fig. 1 er to rektangulære lederdeler betegnet henholds-vis og 11. Lederdelen 10 er med en flatside 10a vendt mot

en flatside lia av lederdelen 11. Hver lederdel har en tykkelse på 2 mm og en bredde av flatsiden på 12 mm. Mellom flatsidene er det anordnet et isolerende skikt 12 som inneholder et avstandselement 13. Lederdelene og det isolerende skikt 12 danner til sammen lederen 8. Lederen er omgitt av en omhylling 17 av spiralgående papirbånd.

Skiktet 12 er blitt bragt til å danne en limfuge i an-ordningen ifølge fig. 2.

Ved fremstilling av lederen ifølge fig. 1 føres i henhold til fig. 2 to rektangulære, uisolerte lederdeler 10 og 11, som er av kobber og har tykkelse 2 mm og en flatsidebredde på 12 mm, med flatsidene vendt mot hverandre fra forrådsruller 18, resp. 19 gjennom en bremseanordning 20, som gjennom frik-sjon holder delene strukkede under den fortsatte behandling. Deretter føres delene først gjennom en anordning 21 med flere bryte<y>alser, i hvilke delene kaldbearbeides for å øke kobberets hårdhet og deretter gjennom en anordning 22 for rengjøring av delene, hvilken kan bestå av filtkledte dyser eller et ultralydbad med avfetningsvæske. Et 0,15 mm tykt og 12 mm bredt avstandselement 13 i form av en tynn og meget porøs filt, som består av en blanding av polyvinylacetatfibere og polyamidfibere sammenbundet med et2acrylbindemiddel, og som har en overflatevekt på 30 g/m (såsom "Non-woven Storalen 670-30" fra Storå Kopparbergs AB, Sverige), og som dessuten er impregnert med en polyamidmodifisert epoxyharpiks (såsom "AF-42" fra Minnesota Mining and Manufacturing Company, USA), føres fra forrådsrullen 24 via et antall ikke viste bryteruller inn mellom delene 10 og 11. Delene passerer deretter sammen med avstandselementet en høyfrekvensspiral 25, hvor delene oppvarmes. Etter at delene og avstandselementet har passert en styreanordning 26, hvor delene ved hjelp av vertikale valser bringes til å anta samme stilling, føres de inn i en valseanordning 27 med flere horisontale valsepar 28, hvor delene trykkes mot hverandre og sammen-føyes ved at limet (svarende til materialet 12 på fig. 1) i avstandselementet 13 oppvarmes av delene, slik at det herdes til en limfuge. Under denne prosess begynner lederen å kjøles, og den kjøles så ytterligere i kjøleanordningen 29, før den sammenføyede leder går til en spinnemaskin 30, hvor den om-spinnes med papir til en omhylling 17 (fig. 1). Den omspundne leder rulles deretter opp på en rulle 31. Den anvendes i lavspenningsviklingen og med modifiserte lederdimensjoner i høyspenningsviklingen, i transformatoren ifølge fig. 3-5.

I transformatoren ifølge fig. 3 -5 betegner 41 en høy-spenningsgjennomføring, 42 en lavspenningsgjennomføring, 43 transformatorhuset, 44 pressflenser, 45 en isolert støtte for lavspenningsanslutningen 46, 47 mellomlegg av tre, 48 lavspenningsviklingen, 49 høyspenningsviklingen, 50 jern-kjernen, 51 mellomlegg av presspan, 52 ledere i høyspennings-viklingen og 53 isolersylindere av presspan.

Lederen i lavspenningsviklingen har det på fig. 1 viste tverrsnitt, dvs. den omfatter to lederdeler 10 og 11 som er sammenføyet med en limfuge (dannet av skiktet 12) inneholdende avstandselementet 13, og er omgitt av isolasjonen 17.

Lederne 52 i høyspenningsviklingen, som kan være parallellkoblede eller seriekoblede, omfatter hver og en (fig. 1) to lederdeler 54, resp. 55 av tykkelse 1,5 mm og bredde 10 mm på flatsiden og en mellom dem anordnet limfuge dannet av et isolerende skikt 56 av samme slag som skiktet 12, dvs. inklu-sive avstandselementet 13 (ikke vist på fig. 5). Lederiso-lasjonen 57 består av flere vinninger papirbånd som er viklet spiralgående med overlapping. Høyspenningsviklingen 49 utgjør fortrinnsvis en stabilisert skivevikling med et betydelig større antall ledere i hver skive enn de tre som er vist på fig. 3-5, hvor en enklere vikling er vist for å lette for-ståelsen av figurene.

I henhold til en alternativ utførelsesform er det isolerende skikt 12 i lederen ifølge fig. 1 bygget opp av en herdbar harpiks og inneholder et 0,15 mm tykt og 12 mm bredt avstandselement 13 i form av den ovenfor beskrevne tynne og porøse filt med overflatevekt 30 g/m 2. Den herdbare harpiks, som avstandselementet er impregnert med, utgjøres av en epoxyharpiks (såsom "Araldit B" fra Ciba, Sveits) blandet med dicyandiamid som herder, idet der benyttes 3 vektdeler pr.

100 vektdeler epoxyharpiks. Det isolerende skikt, som er tørt, er anordnet løst mellom lederdelene som et separat bånd, og det er således ikke limt til lederdelene 10 og 11. Lederen er som i det foregående tilfelle omgitt av en omhylling 17 av spiralviklet papirbånd. Lederen anvendes i lavspenningsviklingen og med modifiserte dimensjoner (hver lederdel med tykkelse 1,5 mm og flatsidebredde 10 mm) i høy-spenningsviklingen i transformatoren ifølge fig. 3-5.

I denne alternative utførelsesform dannes limfugen først etter at lederen er blitt formet til en vikling. Den herdbare harpiks i de isolerende skikt 12 og 56 herdes derved under dannelse av en mekanisk sterk limfuge mellom lederdelene når viklingen tørkes ved ca. 130°C i ca. 12 timer. Ved at lederne både ved lavspenningsviklingen og i høyspen-ningsviklingen er anordnet med lederdelenes flatsider og det isolerende skikt orientert i viklingens aksialretning blir den ytre del i lederen strukket mer enn den indre del. Som følge herav blir det isolerende skikt utsatt for et radielt trykk.

Transformatorhuset 43 fylles i begge de illustrerte utførelsesformer med transformatorolje etter tørkningen.

Claims (9)

1. Med omgivende isolering (17, 57) forsynt leder (8, 52) for dannelse av viklinger for transformatorer og andre induktive apparater, hvilken leder omfatter to inntil hverandre anordnede og fra hverandre isolerte lederdeler (10, 11, 54,

55) av hovedsakelig rektangulær form, karakterisert ved at to uisolerte lederdeler er anordnet med en flatside (10a) av den ene lederdel (10) vendt mot en flatside (lia) av den andre lederdel (11) og med et mellom disse flatsider anordnet isolerende skikt (12, 56) av et materiale som kan bringes til å danne en limfuge mellom lederdelene, og som inneholder et avstandselement (13) av isolasjonsmateriale for å sikre at lederdelene holdes på avstand fra hverandre.

2. Leder ifølge krav 1, karakterisert ved at materialet som danner limfugen, har form av en separat film.

3. Leder ifølge krav 1, karakterisert ved at materialet som danner limfugen, har form av et skikt anordnet på i det minste den ene av de to mot hverandre vendende flatsider av lederdelene.

4. Leder ifølge krav 1-3, karakterisert ved at avstandselementet (13) består av et ark-formet materiale med gjennomgående porer eller hull.

5. Leder ifølge krav 1-3, karakterisert ved at avstandselementet (13) består av et pulverformig eller fibrøst fyllstoff innlemmet i materialet som danner limfugen.

6. Leder ifølge krav 1-3, karakterisert ved at materialet som danner limfugen, ut-gjøres av en herdbar harpiks.

7. Leder ifølge krav 1-6, karakterisert ved at den danner en vikling (48, 49) med hovedsakelig sylindrisk form og med lederdelenes (10, 11, 54, 55) flatsider (10a, lia) og det isolerende skikt (12,

52) anordnet hovedsakelig i viklingens aksialretning, hvorved det isolerende skikt i viklingen utsettes for et radielt trykk.

8. Leder ifølge krav 1-7, karakterisert ved at limfugematerialet kan bringes til å danne en limfuge gjennom oppvarmning.

9. Leder ifølge krav 1-8, karakterisert ved at limfugematerialet er bragt til å danne limfugen før lederen ble formet til en vikling.