WO2011107387A1 - Trockentransformatorkern mit einem amorphen transformatorkern und trockentransformator - Google Patents

Trockentransformatorkern mit einem amorphen transformatorkern und trockentransformator Download PDF

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WO2011107387A1
WO2011107387A1 PCT/EP2011/052711 EP2011052711W WO2011107387A1 WO 2011107387 A1 WO2011107387 A1 WO 2011107387A1 EP 2011052711 W EP2011052711 W EP 2011052711W WO 2011107387 A1 WO2011107387 A1 WO 2011107387A1
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transformer core
dry
encapsulation
transformer
film
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PCT/EP2011/052711
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Lise Donzel
Martin Carlen
Thorsten Steinmetz
Benjamin Weber
Bandeep Singh
Jong-Yun Lim
Stéphane Schaal
Felix Greuter
Jasmin Smajic
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Abb Technology Ag
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    • H01F41/0233—Manufacturing of magnetic circuits made from sheets

Definitions

  • the present invention relates to a dry ⁇ transformer core according to claim 1 and 2 and a dry-type transformer according to claim 20.
  • transformers are implemented with a transformer core of layered transformer laminations.
  • the main body of the Trans processor core can consist of amorphous material.
  • Amorphous steel has a particularly narrow BH hysteresis curve, which is why it has less core loss (magnetization rate) than crystalline steel.
  • the use of amorphous core steel therefore increases the efficiency of the transformer.
  • Le st oors are usually housed in steel housings filled with insulating oil, so that the transformer core is protected from environmental influences by the insulating oil. Dry transformers whose insulation consists of air or solids are used, among other things, when oil-filled transformers can not be used, for example because of their fire or environmental hazard.
  • the core of a dry-type transformer is surrounded by air and therefore not protected from the surrounding air humidity. While core sheets of crystalline steel are coated with an insulating layer, core sheets of amorphous steel are uncoated. Therefore, they are more susceptible to corrosion.
  • the document US 4,734,975 discloses an amorphous transformer core for an oil transformer consisting of very thin ferromagnetic strips, with a thickness of about 25 m, which when wound form the body of the transformer core, and two thicker strips of silicon steel, with a thickness of approx 180 ⁇ to 300 ⁇ , which make up in the wound state in each case the innermost and outermost strip of the transformer core. The two thicker strips of silicon steel protect the transformer core from deformation.
  • oil transformers have a steel housing with insulating oil, so that the amorphous core is protected from moisture. Therefore, the amorphous oil transformer core need not be protected against corrosion by any further measures. Corrosion of the amorphous core steel reduces the active cross-sectional area of the core, resulting in higher core losses.
  • a known problem with the oil transformer having an amorphous transformer core is the peeling of the exposed amorphous material into the oil, which is explained in Japanese Patent Publication JP 2005159380 and JP 2005012117. It is proposed to provide the end face, which is not enclosed by the thicker silicon steel, with a corresponding protective material.
  • the dry-type transformer core according to claim 1 is made of amorphous material and carries on its surface at least partially an encapsulation for protection against environmental influences, such as moisture and oxidation, so as to obtain the losses at a low level during the life of the dry-transformer core.
  • the encapsulation is preferably made of metal, in particular of aluminum, copper or steel, and serves as a metallic barrier between the amorphous transformer core and the environment.
  • the Trans processor core on a body of amorphous material consisting of layered thin strips, and to protect against deformation of the radially innermost strips and radially outermost strips of thicker transformer sheet.
  • encapsulation is made by winding a flexible metallic tape, flexible metallic foil, or the like around the dry-transforming core.
  • the tape or film is broken after every one turn or less than one turn.
  • An encapsulation without the erfindungsgemääs se interruption after each turn or less than one turn would have the consequence that the encapsulation would form an additional transformer coil with a metallic band or a metallic foil and accordingly the power loss of the transformer would be increased or the metallic foil because of high induced currents could be thermally damaged.
  • Another advantage of the inventive separation after each turn or less than one turn is the reduction of the induced stresses at the free ends of the respective sections.
  • the encapsulation is produced using a self-adhesive metal strip or metal composite, which is continuously wound around the core. Thereafter, portions of the metal strip are severed, thus resulting in a band area with less than one turn.
  • the thicker radially innermost strip and radially outermost strip of the transformer core are used supportive as a cutting surface when cutting the wound metal strip, preferably by cutting.
  • the encapsulation is carried out with a preferably a few ⁇ m thick metallic foil, in particular aluminum foil, copper foil or silver foil.
  • the encapsulation with a self-adhesive metallic tape in particular with an aluminum strip having a thickness of preferably 1 0 ⁇ to 1 5 0 ⁇ ⁇ executed. It is also possible that the metallic tape is not self-adhesive.
  • metallic tapes in particular with a thickness of 1 0 ⁇ to 150 ⁇ preferred.
  • the encapsulation is carried out with a laminated, preferably self-adhesive composite element with a metal foil and an insulating film.
  • a metal foil and an insulating film Preferably, aluminum foils, copper foils or silver foils can be used.
  • the insulating film is electrically insulating and serves as a carrier material for the metal film, which is preferably applied superficially on one side.
  • flakes may be embedded in the insulating tape.
  • the stacked (pilled-up) flakes form one Barrier against environmental influences,
  • insulating tapes which have mica or glass, can be used.
  • the wound enclosure of the dry-type transformer for stabilization when adding non-metallic reinforcing material, e.g. Glass fibers, in the insulating tape, the wound enclosure of the dry-type transformer for stabilization and can also be used as an intermediate layer between metallic layers to avoid electrical contact between the individual layers.
  • non-metallic reinforcing material e.g. Glass fibers
  • the encapsulation is by means of a metallized polymer film, for example metallised PE (polyethylene), P P (polypropylene), PET
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • aluminum, copper or silver coated polymer films are used.
  • Metallized polymer films come in the
  • Such metallized polymer films can be used for the winding-like encapsulations of the amorphous dry-transformer core according to the invention, wherein the polymer films according to the invention can be self-adhesive or non-self-adhesive.
  • the encapsulation is by means of a polymer film coated with a metal oxide film, in particular PE (polyethylene), PP (polypropylene), PET (Polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate) or PPS (polyphenylene sulfide).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • alumina and silica coatings are used.
  • the coating according to the invention of the surface of the door frame can serve as a base layer for a metallization in which the lacquer layer has a good adhesion to the metal.
  • Insulating flakes eg mica, glass
  • a base layer for example of epoxy resin, acrylate or silicone, on the surface of the transformer core to improve the adhesion or the Balancing different coefficients of expansion be applied.
  • the encapsulation has a coating on the surface of the transformer core.
  • the coating has an oxygen and moisture barrier.
  • it is provided with SiOx.
  • the encapsulation has a thick coating of filled epoxy resin, e.g. the product CW229 from Huntsman's, which is a resin system with the addition of wollastonite (calcium salt).
  • Another advantage of this embodiment lies in the good mechanical properties and the low temperature coefficient of thermal expansion, which results in good adhesion between the surface of the amorphous transformer core and the epoxy resin in the working temperature range.
  • the encapsulation is a coating of epoxy resin, which has a further, produced with an atmospheric plasma coating of silicon dioxide.
  • the encapsulation is a coating of epoxy resin, which has a further coating, wherein the further coating mittles a sol-gel method is applied.
  • the encapsulation of a self-fusing rubber film for example polyisobutylenes, envelops. Because of its mechanical flexibility, it exerts no mechanical stress on the dry-transformer core. Furthermore, the rubber film has a very good sealing effect against water.
  • the dry-transformer core according to the invention is completely surrounded by the encapsulation.
  • the inventive dry-type transformer according to claim 20 has at least one transformer core, a primary winding and at least one secondary winding.
  • Dry transformer provided with an amorphous material having a transformer core, which carries under the encapsulation on the core end faces metal plates for mechanical reinforcement.
  • These metal plates stabilize the front side, i. the area which is not provided by the radially innermost strip and radially outermost strip with thicker transformer sheet.
  • the metal plates are preferably E-shaped.
  • the metal plate as well as the encapsulation keeps the environmental influences from the amorphous dry-transformer core, it is possible to seal only the edges of the metal plate which allow the access of moisture and oxidation processes to the amorphous material. It is also possible that the e-plate is not made of metal. In a further preferred embodiment, the above-mentioned inventive
  • Fig. 1 in view of a transformer core of amorphous
  • FIG. 2 shows a view of an embodiment of a dry-transformer core according to the invention in which the amorphous transformer core for encapsulation is completely wrapped;
  • FIG. 3 shows another embodiment of a dry-transformer core according to the invention, in which the amorphous transformer core is wrapped in sections for encapsulation;
  • Fig. 4 is a perspective view of a
  • Dry-transformer core for a 3-phase dry-type transformer wherein each turn of the enclosure is interrupted by means of a cut; in view of another embodiment of a dry-transformer core according to the invention, in which the amorphous dry-transformer core for encapsulation is completely coated with a coating or coating; and another in view
  • the amorphous material 14 is made in very thin strips 16 of about 25 ⁇ , so that the transformer core 10 accordingly consists of several stacked strips.
  • the thin strips 16 of the amorphous material 14 abut each other at their ends 20.
  • the ends 20 are, as shown schematically in Fig. 1, arranged offset.
  • the door fastener 10 has a thicker transformer sheet 26, preferably silicon steel 26, which holds the amorphous material 14 of the door for m ater ror 10 in position and protects it from deformation.
  • the end faces 28 (in the drawing at the viewer facing and on the opposite end face 28 of the trans f ormat or core 10) at least partially provided with a protective resin 30, which preferably also the transition from amorphous Material 14 to the transformer plate 26 on the radially innermost strip 22 and the radially outermost strip 24 sufficiently covered.
  • Fig. 2 is a 1-phase of invention according dry Trans formatorkern 32 of a dry ⁇ transformer 34, wherein the T r is completely encapsulated in sfo rma tor ke rn 10 by means of an encapsulation 36 shows schematically.
  • the transformer core 10 in FIG. 2 is similar in structure to the transformer core 10 in FIG. 1, in which, according to the present invention, the transformer core 10 is part of a dry transformer core 32 having an encapsulation 36 so as to be protected from environmental influences such as moisture and oxidation to be.
  • Oil transformer from a plurality of thin strips 16 of amorphous material 14 and has on the radially innermost strip 22 and radially outermost strip 24 a thicker transformer plate 26 on.
  • the end faces 28 may be provided with a protective resin 30, the end faces 28 may also be left free.
  • the encapsulation 36 in FIG. 2 consists of a band 38, a foil 40 or a film 42.
  • the band 38, the foil 40 or the film 42 are wound around the transformer core 10, 32.
  • the door is designed for m ar t r e r 10, 32 in the longitudinal direction without interruption.
  • FIG. 3 schematically shows a single-phase dry-transformer core 32 according to the invention, in which the transformer core 10, 32 is only partially encapsulated in comparison to FIG.
  • the two sections 44 which do not have the encapsulation 36 according to the invention from FIG. 2, are provided with the protective resin 30, analogous to FIG. 1.
  • the areas provided with the inventive encapsulation 36 are those shown in FIG. 1 without protective resin 30.
  • Encapsulation 36 is the same as in FIG. 2, i. Again, the encapsulation 36 by a tape 38, a film 40 or a film 42 wound around the Trans processor core 10.
  • FIG. 4 shows a part of the encapsulation 36 of a 3-phase transformer core 46.
  • the encapsulation 36 has an interruption 48 after each winding so that the possibly electrically conductive encapsulation 36 does not act as an additional transformer coil and correspondingly more losses are produced.
  • the encapsulation 36 is severed on the radially innermost strip 22 of the 3-phase transformer core 46 by an interruption 48.
  • this interruption 48 is produced by means of a cut 48, wherein the radially innermost strip 22 - or the radially outermost strip 24 - of the thicker transformer sheet 26 can serve as a cutting surface.
  • a first layer of the encapsulation 36 is shown.
  • a second layer (not shown here) may be applied to the first layer, which intercepts the interruptions 48 of the first Layer bridged to avoid the vacancies.
  • the second layer is electrically isolated from the first layer.
  • the second layer of the encapsulation 36 is provided with an interruption 48 after each turn. These interruptions 48 are offset from those of the first layer.
  • further layers with a corresponding interruption 48 can follow, so as to form a solid encapsulation 36 with respect to the environmental influences. It is also possible to provide the encapsulation 36 with an interruption 48 with less than one turn each. It is also possible to arrange the breaks 48 at more than one turn. The latter, however, leads to higher voltage differences between the ends of the sections.
  • an E-shaped plate (not shown) can be attached to the end faces 28 of the 3-phase dry-transformer core 46 on both sides to stabilize the dry-type 3-phased transformer.
  • the tape 38, the film 40 or the film 42, which form the encapsulation 36 or the layers of the encapsulation 36, are electrically insulated from one another.
  • the band 38, the foil 40 or the film 42 are electrically conductive.
  • FIG. 5 schematically shows a single-phase dry-transformer core 32 according to the invention, in which the transformer core 32 is completely encapsulated by means of a coating 52 or coating 54.
  • the embodiment according to FIG. 5 can have a transformer core 32, as described above in connection with FIG. 1 or 2.
  • FIG. 6 schematically shows a single-phase dry-transformer core 32 according to the invention, in which the transformer core 32 is only partially encapsulated by means of a coating 52 or coating 54, in comparison to FIG.
  • the embodiment according to FIG. 6 can have a transformer core 32, as described above in connection with FIG. 1 or 2.
  • a metal foil, a self-adhesive or non-self-adhering metal strip, a laminated, preferably self-adhesive, composite element is produced
  • Metal foil and insulating tape a metallized polymer film, a polymer film coated with metal oxide or an insulating tape provided with glass or mica flakes.
  • a coating 52 as detailed in the introduction and shown schematically in FIGS. 5 and 6
  • a coating 52 with glass or mica flakes or nonmetallic filler is added as an addition.
  • an epoxy resin with an oxygen / moisture barrier coating in particular an SiO x layer, is applied.
  • the layer can be applied by atmospheric plasma or sol-gel method.
  • a combination of the encapsulation 36 embodiments recited in the introduction and figures may be performed in any combination with the aim of minimizing the corrosion rate and slowing down the aging process of the dry-transformer core 32, 46.
  • Dry-transformer cores 10, 32, 46 and dry-type transformers 34 according to the invention are preferably used for a voltage range above 6 kV and above a power of 10 kVA. It is also possible to use these for voltages of about 200 V, for example.

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Abstract

Trockentransformatorkern für einen Trockentransformator (34), mit einem amorphes Material (14) aufweisenden Transformatorkern (10, 32, 46), welcher auf seiner Oberfläche mindestens teilweise eine Kapselung (36) zum Schutz vor Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit und Oxidation, aufweist.

Description

Trockentransformatorkern mit einem amorphen Transformatorkern und Trockentransformator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trocken¬ transformatorkern gemäss Anspruch 1 und 2 sowie einen Trockentransformator gemäss Anspruch 20.
Üblicherweise werden Transformatoren mit einem Transformatorkern aus geschichteten Transformatorenblechen ausgeführt. Der Grundkörper des Trans formatorkerns kann aus amorphem Material bestehen. Amorpher Stahl besitzt eine besonders schmale B-H Hysteresekurve, weswegen er weniger Kernverluste ( Magne t i s i e rungs ve r lu s t e ) als kristalliner Stahl aufweist. Die Verwendung amorphen Kernstahls steigert daher die Effizienz des Transformators . Le i s t ung s t r an s f o rma t o r e n sind üblicherweise in mit Isolieröl gefüllten Stahlgehäusen untergebracht, so dass der Transformatorkern durch das Isolieröl vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Trockentransformatoren, deren Isolation aus Luft oder Feststoffen besteht, werden unter anderem verwendet, wenn Öl-gefüllte Transformatoren beispielsweise aufgrund ihrer Brand- oder Umweltgefahr nicht eingesetzt werden können. Der Kern eines Trockentransformators ist von Luft umgeben und daher nicht geschützt vor der umgebenden Luftfeuchtigkeit. Während Kernbleche aus kristallinem Stahl mit einer Isolationsschicht beschichtet sind, sind Kernbleche aus amorphem Stahl unbeschichtet. Daher sind diese anfälliger für Korrosion. Das Dokument US 4,734,975 offenbart einen amorphen Transformatorkern für einen Öltransformator, der aus sehr dünnen ferromagnetischen Streifen, mit einer Dicke von ca. 25 m, die in gewickeltem Zustand den Körper des Transformatorkerns ausmachen, und zwei dickeren Streifen aus Siliziumstahl, mit einer Dicke von ca. 180 μιη bis 300 μιη, besteht, die im gewickelten Zustand jeweils den innersten und äussersten Streifen des Transformatorkerns ausmachen. Die beiden dickeren Streifen aus Siliziumstahl schützen den Transformatorkern vor Deformationen.
Wie oben erwähnt, weisen Oltransformatoren ein Stahlgehäuse mit Isolieröl auf, so dass der amorphe Kern vor Feuchtigkeit geschützt ist. Daher muss der amorphe Öltransformatorkern durch keine weitere Massnahme gegen Korrosion geschützt werden. Durch Korrosion des amorphen Kernstahls wird die aktive Querschnittsfläche des Kerns reduziert, was höhere Kernverluste bedingt.
Ein bekanntes Problem beim Öltransformator mit einem amorphen Transformatorkern ist das Abblättern des freiliegenden amorphen Materials in das Öl, welches in den beiden japanischen Dokumenten JP 2005159380 und JP 2005012117 erläutert ist. Es wird vorgeschlagen, die Stirnfläche, welche nicht vom dickeren Siliziumstahl umschlossen ist, mit einem entsprechenden Schutzmaterial zu versehen.
Das Dokument US 4,910,863 beschreibt ein Verfahren, um die nicht mit dem dickeren Siliziumstahl versehenen Stirnflächen des Unterteils des Öltransformatorkerns , welche dem Öl zugewandt ist, mit einem UV härtenden Harz zu versehen, um entsprechend das Abblättern des amorphen Materials in das Öl zu verhindern. Die Herstellung wird mit einer Presse durchgeführt und bedingt ein recht aufwändiges Herstellungsverfahren .
Weitere gattungsgemässe Transformatorkerne sind in der US 2002/157239, US 2002/067239 und DE 10162954 beschrieben. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen T r o c ke n t r an s f o rma t o r ke r n und einen Trockentransformator mit einem Transformatorkern zu schaffen, welcher eine niedrige Kernverlustleistung und eine lange Lebensdauer aufweist. Diese Aufgabe wird mit einem Trockentransformatorkern gemäss den Ansprüchen 1 und 2 sowie einem Trockentransformator gemäss Anspruch 20 gelöst.
Der Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 1 besteht aus amorphem Material und trägt auf seiner Oberfläche mindestens teilweise eine Kapselung zum Schutz vor Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit und Oxidation, um so die Verluste auf niedrigem Niveau während der Lebensdauer des Trockentransformatorkerns zu erhalten.
Der erf indungsgemässe Einsatz einer Kapselung auf der Oberfläche des amorphen Transformatorkerns senkt die Korrosionsrate, indem die Kapselung als Barriere gegenüber Sauerstoff und Feuchtigkeit wirkt.
Vorzugsweise ist die Kapselung aus Metall, insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder Stahl und dient als metallische Barriere zwischen dem amorphen Transformatorkern und der Umwelt .
Bevorzugt weist der Trans formatorkern einen Körper aus amorphem Material bestehend aus geschichteten dünnen Streifen auf, und zum Schutz vor Deformationen besteht der radial innerste Streifen und radial äusserste Streifen aus dickerem Transformatorenblech.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Kapselung hergestellt, indem ein flexibles metallisches Band, eine flexible metallische Folie oder dergleichen um den Trockentransformatorkern gewickelt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist weiterhin das Band oder die Folie nach jeder Windung oder weniger als jeweils einer Windung unterbrochen. Eine Kapselung ohne die erfindungsgemäs se Unterbrechung nach jeder Windung oder weniger als jeweils einer Windung hätte zur Folge, dass die Kapselung mit einem metallischen Band oder einer metallischen Folie eine zusätzliche Transformatorspule bilden würde und entsprechend die Verlustleistung des Transformators erhöht wäre beziehungsweise die metallische Folie wegen hoher induzierter Ströme thermisch beschädigt werden könnte.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Auftrennung nach jeder Windung oder weniger als jeweils einer Windung ist die Reduktion der induzierten Spannungen an den freien Enden der jeweiligen Abschnitte.
Mit einem weiteren erfindungsgemässen Verfahren wird die Kapselung unter Verwendung eines selbstklebenden Metallbandes oder Metallverbundes, welches kontinuierlich um den Kern gewickelt wird, hergestellt. Danach werden Bereiche des Metallbandes durchtrennt, somit ergibt sich ein Bandbereich mit weniger als einer Windung. Bevorzugt dient dabei der dickere radial innerste Streifen und radial äusserste Streifen des Transformatorkerns unterstützend als Schneidfläche beim Durchtrennen des gewickelten Metallbandes, vorzugsweise durch Schneiden.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Aus führungsform gemäss Anspruch 3, ist die Kapselung mit einer vorzugsweise einige μιη dicken metallischen Folie, insbesondere Aluminiumfolie, Kupferfolie oder Silberfolie ausgeführt .
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 4 , ist die Kapselung mit einem selbstklebenden metallischen Band, insbesondere mit einem Aluminiumband mit einer Dicke von vorzugsweise 1 0 μιη bis 1 5 0 μ πι ausgeführt. Es ist auch möglich, dass das metallische Band nicht selbstklebend ist.
Beim Einsatz von metallischen Bändern sollte deren Flexibilität und die damit verbundene Steifigkeit und Sprödigkeit berücksichtigt werden, daher werden metallische Bänder insbesondere mit einer Dicke von 1 0 μιη bis 150 μιη bevorzugt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 5 ist die Kapselung mit einem laminierten, vorzugsweise selbst klebenden Verbundelement mit einer Metallfolie und einer Isolierfolie ausgeführt. Vorzugsweise können Aluminiumfolien, Kupferfolien oder Silberfolien eingesetzt werden. E r f i n du n g s ge mä s s ist die Isolierfolie elektrisch isolierend und dient als Trägermaterial für den Metallfilm, welcher vorzugsweise oberflächlich auf einer Seite aufgetragen ist.
Alternativ können Flocken in das Isolierband eingebettet sein. Die gestapelten (pilled-up) Flocken bilden eine Barriere gegenüber Umwelteinflüssen, In bevorzugter Weise können Isolierbänder, welche Glimmer oder Glas aufweisen, eingesetzt werden.
Gemäss einer weiteren alternativen Ausführungsform ist bei Zugabe von nichtmetallischen Verstärkungsmaterial, wie z.B. Glasfasern, in das Isolierband, die gewickelte Kapselung des Trockentransformators zur Stabilisierung ausführbar und kann ebenso als Zwischenschicht zwischen metallischen Schichten eingesetzt werden, um einen elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Schichten zu vermeiden .
Bei einer weiteren bevorzugten Au s führungs form gemäss Anspruch 6 oder 7 ist die Kapselung mittels eines metallisierten Polymerfilms, zum Beispiel metallisiertes PE (Polyäthylen), P P (Polypropylen), PET
(Polyäthylenterephtalat) , PEN (Polyäthylennaphtalat) oder PPS (Polyphenylensulfid) , ausgeführt. Vorzugsweise werden aluminium-, kupfer- oder silberbeschichtete Polymerfilme verwendet . Metallisierte Polymerfilme kommen in der
Nah rung s mi t t e 1 ve rp a c kung und Medizinverpackung zum Einsatz. Überraschenderweise können solche metallisierten Polymerfilme für die erfindungsgemässe wickelartige Kapselungen des amorphen Trockentransformatorkerns eingesetzt werden, wobei die Polymerfilme erfindungsgemäss selbst klebend oder nicht selbst klebend ausgeführt sein können .
Bei einer weiteren bevorzugten Aus führungs form gemäss Anspruch 8 oder 9 ist die Kapselung mittels eines mit einem Metalloxidfilm beschichteten Polymerfilms, insbesondere PE (Polyäthylen) , PP (Polypropylen) , PET (Polyäthylenterephtalat) , PEN (Polyäthylennaphtalat) oder PPS (Polyphenylensulfid) , ausgeführt. Vorzugsweise werden Aluminiumoxid und Siliziumoxidbeschichtungen verwendet.
Der Vorteil des Einsatzes von Metalloxiden ist die nichtmetallische und nichtmagnetische Polymerfilm- be s chi chtung , denn diese hat keinen Einfluss auf die magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften des mit einem amorphen r a n s f o r m a t o r k e r n ausgeführten Trockentransformators . Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 11 weist die Kapselung auf der Oberfläche des amorphen Transformatorkerns eine Lackierung auf.
Die erf indungsgemäs se Lackierung der Oberfläche des T r a n s f o rma t o r ke r n s kann als Basisschicht für eine Metallisierung dienen, bei der die Lackschicht eine gute Haftwirkung zum Metall aufweist. Isolierende Flocken (z.B Glimmer, Glas) können in der Lackierung eingebettet sein.
Grundsätzlich soll an dieser Stelle erwähnt werden, dass die oben angeführten Ausführungsformen in allen möglichen Kombinationen durchführbar sind und nicht als einander ausschliessende Ausführungen zu sehen sind. Denn jede Ausführung weist in Kombination mit einer anderen weitere Vorteile der erf indungsgemäs sen Kapselung auf, um die Korrosionsrate am amorphen Trockentransformatorkern zu senken.
Um die oben dargelegten Ausführungsformen kann, gemäss Anspruch 13, eine Basisschicht, beispielsweise aus Epoxidharz, Acrylat oder Silikon, auf der Oberfläche des Transformatorkerns zur Verbesserung der Haftung oder zum Ausgleich unterschiedlischer Ausdehnungskoeffizienten aufgebracht sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Aus führungs form gemäss Anspruch 14 weist die Kapselung auf der Oberfläche des Transformatorkerns eine Beschichtung auf.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 15 weist die Beschichtung eine Sauerstoff- und Feuchtebarriere auf. Vorzugsweise ist sie mit SiOx versehen. Weiter ist es möglich, dass die Kapselung eine dicke Beschichtung aus gefülltem Epoxidharz aufweist, z.B. das Produkt CW229 von der Firma Huntsman's, welches ein Harzsystem mit Zusatz von Wollastonit (Kalziumsalz) ist.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in den guten mechanischen Eigenschaften und dem niedrigen Temperaturkoeffizienten für die Wärmeausdehnung, was dazu führt, dass eine gute Haftung zwischen der Oberfläche des amorphen Transformatorkerns und dem Epoxidharz im Bereich der Arbeitstemperatur gewährleistet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 16, ist die Kapselung eine Beschichtung aus Epoxidharz, welche eine weitere, mit einem atmosphärischen Plasma erzeugte Beschichtung aus Siliziumdioxid aufweist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 17 ist die Kapselung eine Beschichtung aus Epoxidharz, welche eine weitere Beschichtung aufweist, wobei die weitere Beschichtung mittles eines Sol-Gel Verfahrens aufgebracht wird.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 18 ist die Kapselung von einer selbstschweissenden Gummifolie, z.B. Polyisobutylene, umhüllt. Diese übt wegen ihrer mechanischen Flexibilität ke i ne me chan i s che B e l a s tung auf den Trockentransformatorkern aus. Weiterhin hat die Gummifolie eine sehr gute Dichtwirkung gegenüber Wasser. In einer besonders bevorzugten Art und Weise ist gemäss Anspruch 19 der erfindungsgemässe Trockentransformatorkern vollständig von der Kapselung umgeben.
Der erfindungsgemässe Trockentransformator gemäss Anspruch 20 weist mindestens einen Transformatorkern, eine Primärwicklung sowie mindestens eine Sekundärwicklung auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 21, ist ein Trockentra nsformatorkern für einen
Trockentransformator mit einem ein amorphes Material aufweisenden Transformatorkern versehen, welcher unter der Kapselung auf den Kernstirnseiten Metallplatten zur mechanischen Verstärkung trägt.
Diese Metallplatten stabilisieren stirnseitig, d.h. den Bereich, welcher nicht vom radial innersten Streifen und radial äussersten Streifen mit dickerem Transformatorenblech versehen ist.
Für einen 3-phasigen Trockentransformator sind die Metallplatten vorzugsweise E-förmig.
Da die Metallplatte ebenso wie die Kapselung die Umwelteinflüsse vom amorphen Trockentransformatorkern abhält, ist es möglich, lediglich die Kanten der Metallplatte, welche den Zugang von Feuchtigkeit und Oxidationsprozessen zum amorphen Material zulassen, abzudichten . Es ist auch möglich, dass die E-Platte nicht aus Metall besteht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die oben genannten erfindungsgemässen
Ausführungsformen für die Kapselung des
Trockentrans formatorkerns für die Stabilisierung und Abdichtung des mit E-förmigen Platten versehenen Kerns verwendet werden.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung zur Kapselung eines Trockentransformatorkerns gehen aus der nachstehenden Beschreibung von Au s führungsbe i spi e 1 en hervor, welche anhand der Zeichnung erläutert werden.
Es zeigen rein schematisch:
Fig. 1 in Ansicht einen Transformatorkern aus amorphem
Material für einen Öltransformator gemäss dem Stand der Technik;
Fig. 2 in Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Trockentransformatorkerns bei der der amorphe Transformatorkern zur Kapselung vollständig umwickelt ist;
Fig. 3 in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Trockentransformatorkerns , bei welcher der amorphe Transformatorkern zur Kapselung abschnittsweise umwickelt ist;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines
Trockentransformatorkerns für einen 3-phasigen Trockentransformator, wobei jede Windung der Kapselung mittels eines Schnitts unterbrochen ist ; in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Trockentransformatorkerns , bei welcher der amorphe Trockentransformatorkern zur Kapselung vollständig mit einer Lackierung oder Beschichtung überzogen ist; und ebenfalls in Ansicht eine weitere
Ausführungsform, bei welcher der amorphe Trockentransformatorkern abschnittsweise mit einer erfindungsgemässen Lackierung oder Beschichtung versehen ist.
Der in Fig. 1 dargestellte 1-phasige Transformatorkern 10 eines Öl trans forma tors weist gemäss Stand der Technik einen Körper 12 aus amorphem Material 14 auf. Das amorphe Material 14 ist in sehr dünnen Streifen 16 von ca. 25 μιη ausgeführt, so dass der Transformatorkern 10 entsprechend aus mehreren gestapelten Streifen besteht. Die dünnen Streifen 16 des amorphen Materials 14 stossen an ihren Enden 20 aneinander. Die Enden 20 sind, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, versetzt angeordnet. Der T r an s f o rma t o r ke r n 10 weist am radial innersten Streifen 22 und am radial äussersten Streifen 24 ein dickeres Transformatorblech 26, vorzugsweise Siliziumstahl 26, auf, welches das amorphe Material 14 des T r a n s f o r m a t o r k e r n s 10 in Position hält und vor Deformationen schützt.
Gemäss Stand der Technik sind die Stirnflächen 28 (in der Zeichnung an der dem Betrachter zugewandten und an der abgewandten Stirnfläche 28 des Trans f ormat or kerns 10) mindestens teilweise mit einem Schutzharz 30 versehen, welches vorzugsweise auch den Übergang vom amorphen Material 14 zum Transformatorblech 26 am radial innersten Streifen 22 und am radial äussersten Streifen 24 ausreichend überdeckt.
Fig. 2 zeigt schematisch einen 1-phasigen erfindungs- gemässen Trockentrans formatorkern 32 eines Trocken¬ transformators 34, bei dem der T r an s f o rma t o r ke r n 10 mittels einer Kapselung 36 vollständig gekapselt ist.
Der Transformatorkern 10 in Fig. 2 ist ähnlich aufgebaut wie der Transformatorkern 10 in Fig. 1, wobei gemäss der vorliegenden Erfindung der Transformatorkern 10 Teil eines Trockentransformatorkerns 32 ist, welcher eine Kapselung 36 aufweist, um entsprechend vor Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit und Oxidation, geschützt zu sein.
Der Transformatorkern 10 des Trockentransformatorkerns 32 besteht, wie beim Transformatorkern 10 des
Öltransformators, aus mehreren dünnen Streifen 16 von amorphem Material 14 und weist am radial innersten Streifen 22 und radial äussersten Streifen 24 ein dickeres Transformatorblech 26 auf. Die Stirnflächen 28 können mit einem Schutzharz 30 versehen sein, die Stirnflächen 28 können auch frei gelassen sein.
Die Kapselung 36 in Fig. 2 besteht aus einem Band 38, einer Folie 40 oder einem Film 42. Das Band 38, die Folie 40 oder der Film 42 sind um den Transformatorkern 10, 32 gewickelt.
Bevorzugt ist der T r a n s f o r m a t o r k e r n 10, 32 in Längsrichtung ununterbrochen ausgeführt.
Fig. 3 zeigt schematisch einen 1-phasigen erfindungsgemässen Trockentransformatorkern 32, bei dem der Transformatorkern 10, 32 im Vergleich zu Fig. 2 lediglich teilweise gekapselt ist.
Die beiden Abschnitte 44, welche die erf indungsgemässe Kapselung 36 aus Fig. 2 nicht aufweisen, sind mit dem Schutzharz 30, analog zu Fig. 1, versehen.
Die mit der erfindungsgemäs sen Kapselung 36 versehenen Bereiche sind jene, welche in Fig. 1 ohne Schutzharz 30 dargestellt sind.
Die Kapselung 36 ist gleich ausgeführt wie in Fig. 2, d.h. auch hier ist die Kapselung 36 durch ein Band 38, eine Folie 40 oder einen Film 42 um den Trans formatorkern 10 gewickelt .
Fig. 4 zeigt einen Teil der Kapselung 36 eines 3-phasigen Transformatorkerns 46. Die Kapselung 36 weist nach jeder Windung einen Unterbruch 48 auf, damit die allenfalls elektrisch leitende Kapselung 36 nicht als eine zusätzliche Transformatorspule wirkt und entsprechend mehr Verluste erzeugt würden.
Daher ist die Kapselung 36 wie, in Fig. 4 gezeigt, auf dem radial innersten Streifen 22 des 3-phasigen Transformatorkerns 46 durch einen Unterbruch 48 durchtrennt. Vorzugsweise wird dieser Unterbruch 48 mittels eines Schnitts 48 erzeugt, wobei der radial innerste Streifen 22 - oder der radial äusserste Streifen 24 - des dickeren Transformatorbleches 26 als Schneidefläche dienen kann.
In Fig. 4 ist eine erste Schicht der Kapselung 36 gezeigt. Um die Kapselung 36 zu vervollständigen, kann auf die erste Schicht eine zweite Schicht (hier nicht dargestellt) aufgebracht werden, welche die Unterbrüche 48 der ersten Schicht überbrückt, um die freien Stellen zu vermeiden. Die zweite Schicht ist gegenüber der ersten Schicht elektrisch isoliert. Auch die zweite Schicht der Kapselung 36 wird nach jeder Windung mit einem Unterbruch 48 versehen. Diese Unterbrüche 48 sind gegenüber jenen der ersten Schicht versetzt.
Optional können auch weitere Schichten mit entsprechender Unterbrechung 48 folgen, um so eine solide Kapselung 36 gegenüber den Umwelteinflüssen zu bilden. Es ist auch möglich, die Kapselung 36 bei weniger als jeweils einer Windung mit einem Unterbruch 48 zu versehen. Es ist auch möglich, die Unterbrüche 48 bei mehr als jeweils einer Windung anzuordnen. Letzteres führt jedoch zu höheren Spannungsdifferenzen zwischen den Enden der Abschnitte.
In bevorzugter Weise, ist auf diese Art der gesamte 3- phasige Transformatorkern 46 vollständig umwickelt und so gekapselt .
Es kann optional vor Aufbringen der Kapselung 36 eine E- förmige Platte (nicht gezeichnet) an den Stirnflächen 28 des 3-phasigen Trockentransformatorkerns 46 beidseitig a n geb r a c h t we r de n , um s o de n 3-phasigen Trockentransformator zu stabilisieren.
Das Band 38, die Folie 40 oder der Film 42, welche die Kapselung 36 beziehungsweise die Schichten der Kapselung 36 bilden, sind gegeneinander elektrisch isoliert. In bevorzugter Weise sind das Band 38, die Folie 40 oder der Film 42 elektrisch leitend.
Fig. 5 zeigt schematisch einen 1-phasigen erfindungsgemässen Trockentransformatorkern 32, bei dem der Transformatorkern 32 mittels einer Lackierung 52 oder Beschichtung 54 vollständig gekapselt ist. Die Ausführungsform gemäss Fig. 5 kann einen Transformatorkern 32 aufweisen, wie er in Zusammenhang mit Fig. 1 oder 2 weiter oben beschrieben ist.
Fig. 6 zeigt schematisch einen 1-phasigen erfindungsgemässen Trockentransformatorkern 32, bei dem der Transformatorkern 32 mittels einer Lackierung 52 oder Beschichtung 54, im Vergleich zu Fig. 5, lediglich teilweise gekapselt ist. Die Ausführungsform gemäss Fig. 6 kann einen Transformatorkern 32 aufweisen, wie er in Zusammenhang mit Fig. 1 oder 2 weiter oben beschrieben ist .
Vorzugsweise wird zur Erzeugung der Kapselung 36, wie in der Einleitung ausführlich dargelegt und in Fig. 2 bis Fig. 4 beschrieben, eine Metallfolie, ein selbstklebendes oder nicht selbst klebendes Metallband, ein laminiertes, vorzugsweise selbstklebendes, Verbundelement aus
Metallfolie und Isolierband, ein metallisierter Polymerfilm, ein Polymerfilm beschichtet mit Metalloxid oder ein Isolierband versehen mit Glas- oder Glimmerflocken verwendet. Insbesondere bei der Verwendung des Polymerfilms mit einem Metalloxid ist ein Unterbruch 48 der Kapselung 36 nicht notwendig. Vorzugsweise wird zur Erzeugung der Kapselung 36 mittels einer Lackierung 52, wie in der Einleitung ausführlich dargelegt und in Fig. 5 und Fig. 6 schematisch dargestellt, eine Lackierung 52 mit Glas- beziehungsweise Glimmerflocken oder nichtmetallischem Füllstoff als Zugabe beigemengt. Vorzugsweise wird zur Erzeugung der Kapselung 36 mittels einer Beschichtung 54, wie in der Einleitung ausführlich dargelegt und in Fig. 5 und Fig. 6 schematisch dargestellt, ein Epoxidharz mit einer Sauerstoff- /Feuchtigkeitsbarrierebeschichtung, insbesondere eine SiOx Schicht, aufgetragen. Die Schicht kann mit atmosphärischem Plasma oder Sol-Gel Verfahren aufgebracht werden.
Eine Kombination der in der Einleitung und den Figuren aufgeführten Ausführungsformen für die Kapselung 36 kann in jeglicher Kombination ausgeführt werden, mit dem Ziel die Korrosionsrate zu minimieren und den Alterungsprozess des Trockentransformatorkerns 32, 46 zu verlangsamen.
Erfindungsgemässe Trockentransformatorenkerne 10, 32, 46 und Trockentransformatoren 34 werden bevorzugt für einen Spannungsbereich oberhalb von 6 kV und oberhalb einer Leistung von 10 kVA eingesetzt. Es ist auch möglich, diese für Spannungen beispielsweise von etwa 200 V einzusetzen.

Claims

Patentansprüche
Trockentransformatorkern für einen Trockentransformator (34), mit einem amorphes Material (14) aufweisenden Transformatorkern (10, 32, 46), welcher auf seiner Oberfläche mindestens teilweise eine Kapselung (36) zum Schutz vor
Umwelteinflüssen, insbesondere zum Schutz gegen Feuchtigkeit und Oxidation, aufweist, wobei die Kapselung (36) mindestens ein um den Transformatorkern (10, 32, 46) gewickeltes Band (38) (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (38), insbesondere nach jeder Windung oder insbesondere nach weniger als jeweils einer Windung, unterbrochen ist.
Trockentransformatorkern für einen Trockentransformator (34), mit einem amorphes Material
(14) aufweisenden Transformatorkern (10, 32, 46), welcher auf seiner Oberfläche mindestens teilweise eine Kapselung (36) zum Schutz vor
Umwelteinflüssen, insbesondere zum Schutz gegen Feuchtigkeit und Oxidation, aufweist, wobei die Kapselung (36) mindestens eine um den Transformatorkern (10, 32, 46) gewickelte Folie
(40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (40), insbesondere nach jeder Windung oder insbesondere nach weniger als jeweils einer Windung, unterbrochen ist.
Trockentransformatorkern gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (40) als metallische Folie, vorzugsweise als Aluminiumfolie, Kupferfolie oder Silberfolie, ausgeführt ist. Trockentransformatorkern gemäß einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (38) als selbstklebendes oder nicht-selbstklebendes metallisches Band, vorzugsweise als Aluminiumband, ausgeführt ist.
Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (40) als ein laminiertes, vorzugsweise selbstklebendes
Verbundelement mit einer Metallfolie und einer Isolierfolie, vorzugsweise mit einer Aluminium-, Kupfer- oder Silberfolie, ausgeführt ist.
Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (38) als ein metallisierter Polymerfilm ausgeführt ist.
Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (40) als ein metallisierter Polymerfilm ausgeführt ist.
Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (38) als ein mit einem Metalloxidfilm, vorzugsweise mit einem Aluminiumoxid- oder Siliziumoxidfilm, beschichteter Polymerfilm ausgeführt ist.
Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (40) als ein mit einem Metalloxidfilm, vorzugsweise mit einem Aluminiumoxid- oder Siliziumoxidfilm, beschichteter Polymerfilm ausgeführt ist.
Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (38) als ein Flocken, vorzugsweise Glimmer- oder Glasflocken, aufweisendes Isolierband ausgeführt ist.
11. Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (36) eine Lackierung (42, 52) aufweist.
12. Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackierung (42, 52) Flocken, vorzugsweise Glimmer- oder Glasflocken, aufweist. 13. Trockentransformatorkern gemäss einem der Ansprüche
1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Transformatorkerns (10, 32, 46) eine Basisbeschichtung, vorzugsweise aus Epoxidharz, Acrylat oder Silikon, zur Verbesserung der Haftung der Kapselung (36) am Transformatorkern (10, 32,
46) vorhanden ist.
14. Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (36) eine Beschichtung (42, 54) aufweist. 15. Trockentransformatorkern gemäss Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (42, 54) eine Sauerstoff- und Feuchtebarriere, vorzugsweise mit SiOx, aufweist.
16. Trockentransformatorkern gemäss einem der Ansprüche 14-15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Beschichtung (42, 54) eine mittles eines Plasmas, vorzugsweise eines atmosphärischen Plasmas, angebrachte Feuchtebarriere aufweist. Trockentransformatorkern gemäss einem der Ansprüche 15-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (42, 54) eine mittles eines Sol-Gels aufgebrachte Feuchtebarriere aufweist.
Trockentransformatorkern gemäss einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (36) mittels einer selbstschweissenden Gummifolie umhüllt ist.
19. Trockentransformatorkern gemäss einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (36) den Transformatorkern (10, 32, 46) vollständig umhüllt.
20. Trockentransformator mit einem Trockentransformatorkern (10, 32, 46) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 19 und mindestens einer Primärwicklung sowie mindestens einer
Sekundärwicklung .
Trockentransformatorkern für einen Trockentransformator (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem ein amorphes Material (14) aufweisenden Transformatorkern (10, 32, 46), welcher unter einer Kapselung (36) eine unterstützende E-förmige Platte, zum Schutz vor Deformationen und vor Abblättern des amorphen Materials (14), aufweist.
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