WO2017121568A1 - Wicklungsanordnung mit fuss zum stehenden verguss - Google Patents

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WO2017121568A1
WO2017121568A1 PCT/EP2016/081112 EP2016081112W WO2017121568A1 WO 2017121568 A1 WO2017121568 A1 WO 2017121568A1 EP 2016081112 W EP2016081112 W EP 2016081112W WO 2017121568 A1 WO2017121568 A1 WO 2017121568A1
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winding
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section
winding arrangement
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Richard Sille
Tim-Felix Mai
Steffen Weinert
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a winding arrangement with a number of vertically stacked winding sections, which are arranged at a distance from each other and electrically connected to form a series circuit.
  • the invention further relates to a method for producing a winding arrangement.
  • Such a winding arrangement and method are known in the art.
  • a winding arrangement shown which is used as a high-voltage winding ⁇ winding for a dry-type transformer in the field of energy distribution.
  • the winding arrangement shown there has disk windings as winding sections, which are arranged at a distance from each other and completely embedded in a winding insulator.
  • the coil insulator has molded Vergussfterrorisme which are manufacturedrüs ⁇ tet 25 at its free end with a metallic Abstellabites.
  • Heating is cured for several hours.
  • the previously known winding arrangement and the previously known method has the disadvantage that the winding arrangement can only be erected after curing of the winding insulation, that is, in other words can be brought into the vertical position.
  • a stable casting foot forms only at the end of the manufacturing process.
  • the object of the invention is to provide a winding arrangement of the type mentioned, which can be erected early.
  • the invention solves this problem in that winding sections are wound on a winding carrier, the winding layers of mutually insulated electrical conductors, the winding sections are connected to each other via holding means, so that a winding arrangement is provided, in the axial direction one behind the other arranged winding sections, an end-side winding section connected to a foot member having a prominentisolationsabêt, each winding section and each foot member with an insulating material standing cast and heated to cure the insulating material.
  • the present invention provided winding arrangement ver ⁇ added via at least one foot element which is connected to a winding ⁇ portion.
  • the foot element or the foot ⁇ elements carry the entire winding assembly, even if it is erected vertically.
  • the winding sections can be turned off in a simple manner and thus shed, for example, standing.
  • the winding section connected to each foot element is expediently se an end-side winding section so for example, the lowermost winding section, so that the or the adoptedele ⁇ ment (e) is arranged below the center of gravity of the stacked angeord ⁇ Neten winding sections / are.
  • the winding arrangement is at least in part ⁇ be surrounded by a winding insulator which consists of an FES th Wicklungsisolierstoff.
  • the winding insulator serves as insulating material of the winding, which is at a high voltage potential during its operation.
  • the inven tion ⁇ proper winding arrangement is used for example as upper ⁇ voltage winding of a transformer. Notwithstanding the winding arrangement according to the invention is part of a throttle.
  • the winding insulation material contains resin.
  • Resin in particular epoxy resin, is an insulating material which is well known to a person skilled in the art and is used regularly in particular for the production of so-called cast resin transformers.
  • each foot element has an insulating material section, which consists of an electrically insulating dilemma.
  • the Isolierstoffabites of the foot member provides the necessary electrical insulation between the at Be ⁇ operating at high voltage winding portion to which it is connected, and the ground lying on the soil, on which the winding arrangement is turned off.
  • the winding arrangement is at least partially surrounded by a winding insulator, which consists of a solid Wicklungsisolierstoff, wherein the coefficient of thermal expansion of the
  • Wicklungsisolierstoffs that of efficientlyisolierstoffs ent ⁇ speaks. According to this advantageous further development, cracking is avoided, which occurs, for example, at high temperatures. Increase in temperature can arise due to different thermal expansion coefficients.
  • a winding insulation resin comes with the usual fillers and additives into consideration.
  • the winding insulation material and the foot insulation material are identical.
  • the Isolierstoffabêt of said winding portion to a free Endbe ⁇ reaching out with the end portion arrangement for shutting off the winding is arranged on the floor.
  • the soil is usually at ground potential, as stated earlier.
  • the free end area is equipped with appropriate mounting aids, for example.
  • metal inserts with internal or external thread can be provided at said end region, which are firmly connected to the Isolierstoffabêt.
  • holding means are provided.
  • the holding means can in principle be designed as desired.
  • block-shaped holding means are provided, on which rest the winding sections.
  • retaining means are provided, which have at least one retaining element which extends at least in two adjacently arranged winding portions, wherein said retaining member is fixedly connected to the Wick ⁇ coupling portions into which it extends.
  • the holding elements hold the winding sections against each other, whereby a predetermined minimum distance is maintained.
  • the connection of the winding sections with such holding elements is a cost-effective way to mechanically connect the Wick ⁇ ment sections before casting.
  • each retaining element is designed as a flat insert strip.
  • the flat insertion strips can be particularly easily and easily when winding between the winding layers of Wiek laid sections and connected to the winding layers.
  • each retaining element is a prepreg.
  • prepreg comes from English and is a short form ⁇ for "pre-impregnated fibers", a term which could be translated into Deut ⁇ cal with "pre-impregnated fibers.”
  • prepreg is used for a fiber structure here which is impregnated with an incompletely cured resin, for example, the fibers are glass fibers
  • Resin of the retaining element preferably has the same thermi ⁇ rule expansion coefficient as the winding insulation. A particular advantage is achieved if the same resin is used for both solid insulators.
  • each winding section has winding layers wound over one another in the radial direction, the winding layers being insulated from one another and having an electrical conductor.
  • the winding sections are, for example, disc windings. Winding sections according to the invention and in particular disc windings are circumferentially closed and define a Scheibenwicklungsin- nenraum, through which, for example, a leg of egg ⁇ lowering and possibly a low-voltage winding can extend.
  • the winding layers in each coil section are firmly connected to each other ⁇ .
  • a stable hold of the winding layers and thus of each winding section is provided.
  • a free-standing vertical winding arrangement is provided even before being embedded in the winding insulation.
  • the stacked winding sections can be potted standing without a winding support. This allows embedding of the winding sections in the Winding insulator, so that any increase in the wall thicknesses of the winding insulation is possible.
  • the winding layers are firmly connected to one another by means of a hardened resin compound.
  • the resin used for the compound is, for example, the same resin that was used to form the coil insulation.
  • each winding section is circumferentially ge ⁇ closed, the winding portions of the alignment are zueinan ⁇ arranged.
  • the aligned arrangement is necessary to provide an internal cavity for receiving a leg of a core having a low magnetic resistance in comparison with the ambient air such that magnetic flux generated by the winding assembly propagates almost exclusively in the free leg of the core.
  • each base element and each winding portion are entirely in a solid insulation Wegbet ⁇ tet.
  • the complete embedding increases the electrical Iso ⁇ lationsgrad so that the winding arrangement with higher voltages can be applied without these must be spaced further from lying on ground potential components.
  • the solid insulation defining a Neren in ⁇ cavity is negotiated between the inner cavity and each winding portion, a continuous inner wall is, having a thickness between 1 mm and 50 mm.
  • the thickness of the insulation layer in the interior of the winding arrangement is considerably increased compared to previously known winding arrangements.
  • the thickness of the inner wall of the solid insulation is limited, in particular by the manufacturing method, when the winding sections are held by winding tension on a winding support and must be cast with this.
  • the winding arrangement has retention tel for holding the winding elements and foot elements, so the winding support can be removed and the winding assembly are cast on the foot elements free standing.
  • the inner wall of a casting mold can thus be spaced arbitrarily far from the inner winding layers of each winding section. This distance corresponds to the later wall thickness of the solid insulation.
  • the winding layers are bonded prior to curing of the not fully cured resin.
  • the resin is, for example, part of a resin-impregnated insulating material.
  • An uncured resin in the B state impregnated performance insulating material is for example a "prepreg".
  • the resin of a prepreg is not completely cured from ⁇ . In other words, the polymerization of the resin was canceled before all the binding sites of the resin was completely consumed.
  • Such insulating material or prepreg has certain adhesive properties, so that the coil portions can be bonded together, for example on a mandrel threaded ⁇ oped by the prepreg.
  • the winding arrangement is preheated after the bonding of the winding layers and after the introduction of the holding elements prior to the filling of the liquid insulating material.
  • This preheating ensures the curing of all resins in the B-state, so that in each case solid compounds.
  • a self-standing Wicklungsanord ⁇ voltage is provided only lacks the Wicklungsisolie- methodology used during. This "blank" can now be potted standing.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a foot element
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a predominantlyele ⁇ ment
  • Figure 4 shows a further embodiment of the OF INVENTION ⁇ to the invention winding assembly prior to casting with liquid Wicklungsisolierstoff
  • FIG. 5 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the winding arrangement 1 according to the invention in a perspective view from below.
  • the winding arrangement 1 has a number of disk windings 2, 2b, 2c ... 2n arranged one above the other in the vertical or axial direction, the disk winding 2a later being the lower disk winding of the winding arrangement 1.
  • the disc winding 2a and otherwise all the other disc windings 2b ... 2n is composed of several winding layers 3, which have a band-shaped, ie flat, conductor, which is wound from inside to outside, wherein the respective disc winding 2a , 2b, 2c,... 2n are enlarged in the radial direction 4.
  • the band-shaped conductors are isolated from each other.
  • the insulation is provided in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 by a lacquer layer which has been applied to the conductor.
  • the disc winding 2a is formed a recess 5, which is adapted to receive a fastening end of a leg member ⁇ .
  • Figure 2 shows an embodiment of a foot member 6, which has a mounting end 7 and a remote from the attachment end 7 Abstellende 8.
  • an insulating ⁇ material section 9 which consists of an insulating material such.
  • B. consists of an epoxy resin.
  • the foot ⁇ element 6 forms an insertion nozzle 10, which is adapted for insertion into the recess 5 shown in Figure 1.
  • the inlet nozzle is formed in the example shown on the insulating material 9 and also consists of egg ⁇ nem resin-containing insulating material.
  • a metallic mounting means is embedded in the insulating material 9. The metallic mounting medium is equipped with an internal thread.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a leg member 6 OF INVENTION ⁇ to the invention, which has as in Figure 2, a foot member 6 and a Abstellende. 8
  • the setting end 8 is equipped with metallic mounting means which have an internal thread in order to be able to screw the foot element 6 securely.
  • execution example of the Isolierstoffabêt 9 is cross-shaped design here and has two perpendicular to each other angeord ⁇ designated sub-sections 11 and 12.
  • the subsections 11 and 12 each have mutually aligned Absteil vom 13 and 14, which is provided for receiving the lowermost disk winding 2a of the winding assembly 1. A recess in the lowermost disk winding has become unnecessary in this way.
  • FIG. 4 shows the base element 6 shown in FIG. 3 with the disk windings 2a, 2b... 2n stacked one above the other, which are all wound together on a winding carrier 15 as holding means and are held there by pulling force.
  • the disk windings 2a ... 2n and the winding carrier 15 rest together on foot elements 6, which in each case are in one embodiment. Curvature of a mold 16 are turned off. After placing the winding carrier can be removed.
  • the blank shown in FIG. 4 is then cast in a standing position with an electrically insulating resin, so that the entire winding arrangement 1, including the base elements 6, is completely embedded in the resin.
  • the foot elements 6 extend after casting in a Vergussfuß that as such already belongs to the prior art, but here was significantly improved by the foot elements for supporting the winding assembly prior to casting.
  • the resin-containing insulating material provides the strength necessary for holding the winding arrangement .
  • the coil assembly 1 shown in Figure 4 serves as an upper voltage ⁇ winding of a transformer, wherein a low-voltage winding and a branch of a magnetic core ⁇ extend in its interior.
  • the winding arrangement 1 has, in addition to the winding support 15, further support elements 26 here in the form of annular spacers 26.
  • the retaining means may also comprise block-shaped holding blocks. These genann ⁇ th holding elements can provide the necessary support for the winding sections without the winding support 15, so that the winding support 15 can be removed.
  • Figure 5 shows schematically a transformer 17 having a leg 18 of an iron core and a low voltage Wick ⁇ lung 19, and an embodiment of a winding device 1 according to the invention, which serves as a high-voltage winding. It will be appreciated that extend between the disc windings 2a, 2b, 2n holding members 20a and 20b as Walkermit ⁇ tel.
  • the holding elements 20a and 20b are each formed as a flat insertion strip and each extending through all the disc windings 2a, 2b, 2n of the winding assembly 1.
  • the winding layers 3 of each winding section 2a, 2b, 2n recognizable.
  • the winding layers 3 are in the embodiment shown in FIG.
  • each winding section 2a, ... 2n increases from the inside to the outside.
  • the holding means 20a and 20b extend between the winding layers 3 and are fixedly connected thereto, so that the winding sections 2a, ... 2n are held apart from the holding elements 20a and 20b.
  • the winding layers extend in a ring-shaped manner in a horizontal layer, so that the winding sections 2a,..., 2n form so-called disk windings.
  • the disc windings extend in a ring-shaped manner in a horizontal layer, so that the winding sections 2a,..., 2n form so-called disk windings.
  • each disc winding 2a, ..., 2n are circumferentially closed, so that inside each disc winding 2a, ..., 2n, the leg 18 extends together with the lower voltage winding 19.
  • FIG. 6 shows the winding of the winding section 2b. It can be seen that a metallic strip conductor 23 is wound together with an insulating film 24 on an already unwrapped Wick ⁇ ment position of the winding section 2b.
  • the label strips 20a first as a holding means is ⁇ sets.
  • the insert strip 20a is a prepreg and is made of a glass fiber reinforced resin. The resin of the insert strip 20a is not fully cured. The thus a ⁇ wound holding member 20a, after the retaining element has been wrapped in a subsequent winding layer 20b, warmed before ⁇ , so that between the respective Wicklungsab ⁇ cut or disc windings 2a, ..., 2n, and prepreg creates a fixed connection.
  • the Wick ⁇ ment carrier 15 can be removed, wherein the holding elements 20a and 20b, the disc windings 2a and 2b, ..., 2n without winding ⁇ insulation 22 can keep at a distance to each other.
  • the insulating film 24 has rhombic regions 25 in which it is impregnated or coated with a resin in the B state.
  • the diamond-shaped areas 25 are formed on both sides of the insulating film 24 ⁇ , wherein the resin is applied dot-shaped in the diamond-shaped areas.
  • the foils 24 glue the strip conductors 23 together.
  • the resin in the diamond-shaped regions may therefore be referred to as a layer bonding agent.

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Abstract

Wicklungsanordnung mit Fuß zum stehenden Verguss Um eine Wicklungsanordnung (1) mit einer Anzahl von in axia ler Richtung übereinander angeordneten Wicklungsabschnitten (2a, 2b, …, 2n), die mit Abstand zueinander angeordnet und unter Ausbildung einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden sind, bereitzustellen, die einen stehenden Verguss mit einer Wicklungsisolierung ermöglicht, wird wenigstens ein Fußelement (6) vorgeschlagen, das mit einem Wicklungsabschnitt (2a) verbunden und zum Tragen der gesamten Wicklungsanordnung (1) eingerichtet ist.

Description

Beschreibung
Wicklungsanordnung mit Fuß zum stehenden Verguss
5 Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung mit einer Anzahl von in vertikaler Richtung übereinander angeordneten Wicklungsabschnitten, die mit Abstand zueinander angeordnet und unter Ausbildung einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.
10
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Wicklungsanordnung.
Eine solche Wicklungsanordnung und ein solches Verfahren sind 15 aus der ständigen Praxis bekannt. So ist beispielsweise aus dem von der Siemens AG herausgegebenen Katalog mit der Bestell-Nr. E5001-G640-A143-V2 aus dem Jahr 2014 auf Seite 5 eine Wicklungsanordnung gezeigt, welche als Oberspannungs¬ wicklung für einen Trockentransformator im Bereich der Ener- 20 gieverteilung eingesetzt wird. Die dort gezeigte Wicklungsan¬ ordnung weist Scheibenwicklungen als Wicklungsabschnitte auf, die mit einem Abstand zueinander angeordnet und vollständig in einen Wicklungsisolator eingebettet sind. Der Wicklungsisolator verfügt über angeformte Vergussfüße, die an ihrem 25 freien Ende mit einem metallischen Abstellabschnitt ausgerüs¬ tet sind.
Beim vorbekannten Herstellungsverfahren werden zunächst Wick- rö lungsabschnitte in Gestalt von Scheibenwicklungen auf einen
™30 Wickelträger gewickelt. Dabei werden die Scheibenwicklungen allein durch einen festen Wicklungszug an dem Wickelträger
> gehalten. Die so gebildete Wicklungsanordnung wird liegend
§ mit einem Harz vergossen und das Harz anschließend durch Er-
^ wärmung über mehrere Stunden hinweg ausgehärtet. Nachdem Aus-
9
35 härten kann die vorbekannten Wicklungsanordnung senkrecht
aufgestellt und mit weiteren Bauteilen einen Transformator oder eine Drossel ausbilden. Der vorbekannten Wicklungsanordnung und dem vorbekannten Verfahren haftet der Nachteil an, dass die Wicklungsanordnung erst nach dem Aushärten der Wicklungsisolierung aufgerichtet, also mit anderen Worten in die senkrechte Position gebracht werden kann. Ein stabiler Vergussfuß bildet sich erst am Ende des Herstellungsverfahrens aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wicklungsanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die frühzeitig aufge- richtet werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs genannten Wick¬ lungsanordnung durch wenigstens ein Fußelement gelöst, das mit einem Wicklungsabschnitt verbunden und zum Tragen der ge- samten Wicklungsanordnung eingerichtet ist.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, dass Wicklungsabschnitte auf einen Wickelträger gewickelt werden, die Wicklungslagen aus gegeneinander isolierten elektrischen Leitern bestehen, die Wicklungsabschnitte über Haltemittel miteinander verbunden werden, so dass eine Wicklungsanordnung bereitgestellt ist, die in axialer Richtung hintereinander angeordnete Wicklungsabschnitte aufweist, ein endseitiger Wicklungsabschnitt mit einem Fußelement verbunden, das einen Fußisolationsabschnitt aufweist, jeder Wicklungsabschnitt und jedes Fußelement mit einem Isolierstoff stehend vergossen und zum Aushärten des Isolierstoffes erwärmt wird. Die erfindungsgemäß bereitgestellte Wicklungsanordnung ver¬ fügt über wenigstens ein Fußelement, das mit einem Wicklungs¬ abschnitt verbunden ist. So kann das Fußelement oder die Fu߬ elemente die gesamte Wicklungsanordnung tragen, auch wenn diese vertikal aufgerichtet ist. Mit anderen Worten können die Wicklungsabschnitte auf einfache Art und Weise abgestellt und somit beispielsweise stehend vergossen werden. Dies ver¬ einfacht das Herstellen der Wicklungsanordnung. Der mit jedem Fußelement verbundene Wicklungsabschnitt ist zweckmäßigerwei- se ein endseitiger Wicklungsabschnitt also beispielsweise der unterste Wicklungsabschnitt, so dass das oder die Fußele¬ ment (e) unterhalb des Schwerpunktes der übereinander angeord¬ neten Wicklungsabschnitte angeordnet ist/sind. Vorteilhafter- weise sind wenigstens drei Fußelemente im Rahmen der Erfin¬ dung vorgesehen.
Zweckmäßigerweise ist die Wicklungsanordnung zumindest teil¬ weise von einem Wicklungsisolator umgeben, der aus einem fes- ten Wicklungsisolierstoff besteht. Der Wicklungsisolator dient als Isolierstoff der Wicklung, die sich bei ihrem Be¬ trieb auf einem Hochspannungspotenzial befindet. Die erfin¬ dungsgemäße Wicklungsanordnung dient beispielsweise als Ober¬ spannungswicklung eines Transformators. Abweichend ist die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung Teil einer Drossel.
Zweckmäßigerweise enthält der Wicklungsisolierstoff Harz. Harz, insbesondere Epoxidharz ist ein dem Fachmann auf diesem Gebiet bestens bekannter Isolierstoff, der insbesondere zur Herstellung von so genannten Gießharztransformatoren regelmäßig Anwendung findet.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist jedes Fußelement einen Isolierstoffabschnitt auf, der sich aus einem elektrisch isolierenden Fußisolierstoff besteht. Der Isolierstoffabschnitt des Fußelements sorgt für die notwendige elektrische Isolierung zwischen dem bei Be¬ trieb auf Hochspannung liegenden Wicklungsabschnitt, mit dem dieser verbunden ist, und dem auf Erdpotential liegendem Bo- den, auf dem die Wicklungsanordnung abgestellt ist.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist die Wicklungsanordnung zumindest teilweise von einem Wicklungsisolator umgeben, der aus einem festen Wicklungsisolier- Stoff besteht, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des
Wicklungsisolierstoffs demjenigen des Fußisolierstoffs ent¬ spricht. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung sind Rissbildungen vermieden, die beispielsweise bei großen Tempe- raturanstiegen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten entstehen können. Als Wicklungsisolierstoff kommt Harz mit den üblichen Füllstoffen und Zusätzen in Betracht. Vorteilhafterweise sind der Wicklungsisolierstoff und der Fußisolierstoff identisch.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Isolierstoffabschnitt von dem besagten Wicklungsabschnitt zu einem freien Endbe¬ reich hin, wobei der Endbereich zum Abstellen der Wicklungs- anordnung auf dem Boden eingerichtet ist. Der Boden befindet sich üblicherweise auf Erdpotenzial, wie bereits weiter oben ausgeführt wurde. Der freie Endbereich ist beispielsweise mit zweckmäßigen Montagehilfen ausgestattet. So können beispielsweise metallische Einlagen mit Innen- oder Außengewinde an dem besagten Endbereich vorgesehen sein, die fest mit dem Isolierstoffabschnitt verbunden sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Haltemittel vorgesehen. Die Haltemittel können grundsätzlich be- liebig ausgebildet sein. So sind beispielsweise klotzförmige Haltemittel vorgesehen, auf denen die Wicklungsabschnitte aufliegen. Bevorzugt sind jedoch Haltemittel vorgesehen, die wenigstens ein Halteelement aufweisen, das sich wenigstens in zwei nebeneinander geordnete Wicklungsabschnitte hinein er- streckt, wobei das besagte Halteelement fest mit den Wick¬ lungsabschnitten verbunden ist, in die hinein es sich erstreckt. Die Halteelemente halten die Wicklungsabschnitte ge¬ genseitig aneinander, wobei ein vorbestimmter Mindestabstand eingehalten ist. Die Verbindung der Wicklungsabschnitte mit solchen Halteelementen ist eine kostengünstige Art, die Wick¬ lungsabschnitte vor dem Vergießen mechanisch miteinander zu verbinden .
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist jedes Halteelement als flacher Einlegestreifen ausgebildet. Die flachen Einlegestreifen können besonders einfach und leicht beim Wickeln zwischen die Wicklungslagen der Wiek- lungsabschnitte gelegt und mit den Wicklungslagen verbunden werden .
Zweckmäßigerweise ist jedes Halteelement ein Prepreg. Der Be- griff „Prepreg" kommt aus dem Englischen und ist eine Kurz¬ form für „pre-impregnated fibres", ein Ausdruck der ins Deut¬ sche mit „vorimprägnierte Fasern" übersetzt werden könnte. Der Begriff Prepreg wird hier für ein Fasergebilde verwendet, das mit einem nicht vollständig ausgehärteten Harz impräg- niert ist. Die Fasern sind beispielsweise Glasfasern. Das
Harz des Halteelements weist bevorzugt den gleichen thermi¬ schen Ausdehnungskoeffizienten auf, wie die Wicklungsisolierung. Ein besonderer Vorteil wird erreicht, wenn für beide Feststoffisolatoren das gleiche Harz verwendet wird.
Zweckmäßigerweise weist jeder Wicklungsabschnitt in radialer Richtung übereinander gewickelte Wicklungslagen auf, wobei die Wicklungslagen gegeneinander isoliert sind und einen elektrischen Leiter aufweisen. Die Wicklungsabschnitte sind beispielsweise Scheibenwicklungen. Wicklungsabschnitte gemäß der Erfindung und insbesondere Scheibenwicklungen sind umfänglich geschlossen und begrenzen einen Scheibenwicklungsin- nenraum, durch den sich beispielsweise ein Schenkel eines Ei¬ senkerns und ggf. eine Unterspannungswicklung erstrecken kann.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung sind die Wicklungslagen im jeweiligen Wicklungsabschnitt fest mit¬ einander verbunden. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist auf diese Weise ein stabiler Halt der Wicklungslagen und somit eines jeden Wicklungsabschnittes bereitgestellt. In Kom¬ bination mit den Halteelementen und dem Fußelement ist bereits vor dem Einbetten in die Wicklungsisolierung eine freistehende vertikale Wicklungsanordnung bereitgestellt. Mit an- deren Worten können die übereinander gestapelten Wicklungsabschnitte ohne einen Wickelträger stehend vergossen werden. Dies ermöglicht das Einbetten der Wicklungsabschnitte in den Wicklungsisolator, so dass eine beliebige Erhöhung der Wanddicken der Wicklungsisolierung ermöglicht ist.
Zweckmäßigerweise sind die Wicklungslagen mittels einer aus- gehärteten Harzverbindung fest miteinander verbunden. Das zur Verbindung verwendete Harz ist beispielsweise das gleiche Harz, das auch zur Ausbildung der Wicklungsisolierung verwendet wurde. Zweckmäßigerweise ist jeder Wicklungsabschnitt umfänglich ge¬ schlossen, wobei die Wicklungsabschnitte fluchtend zueinan¬ der angeordnet sind. Die fluchtende Anordnung ist notwendig, um einen inneren Hohlraum zur Aufnahme eines Schenkels eines Kerns bereitzustellen, der einen im Vergleich mit der Umge- bungsluft geringen magnetischen Widerstand aufweist, so dass sich von der Wicklungsanordnung erzeugter Magnetfluss nahezu ausschließlich in dem freien Schenkel des Kerns ausbreitet.
Vorteilhafterweise sind jedes Fußelement und jeder Wicklungs- abschnitt vollständig in einer FeststoffIsolierung eingebet¬ tet. Die vollständige Einbettung erhöht den elektrischen Iso¬ lationsgrad, so dass die Wicklungsanordnung mit höheren Spannungen beaufschlagt werden kann, ohne dass diese weiter von auf Erdpotenzial liegenden Komponenten beabstandet werden muss.
Zweckmäßigerweise begrenzt die FeststoffIsolierung einen in¬ neren Hohlraum, wobei zwischen dem inneren Hohlraum und jedem Wicklungsabschnitt eine kontinuierliche Innenwandung ausge- bildet ist, die eine Dicke zwischen 1 mm und 50 mm aufweist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Dicke der Isolationsschicht im Inneren der Wicklungsanordnung gegenüber vorbekannten Wicklungsanordnungen beträchtlich erhöht. Die Dicke der inneren Wand der FeststoffIsolierung ist, insbesondere dann durch das Herstellungsverfahren begrenzt, wenn die Wicklungsabschnitte allein durch Wickelzug an einem Wickelträger gehalten werden und mit diesem vergossen werden müssen. Verfügt die Wicklungsanordnung jedoch über Haltemit- tel zum Halten der Wickelelemente und über Fußelemente, so kann der Wickelträger entfernt und die Wicklungsanordnung auf den Fußelementen frei stehend vergossen werden. Die Innenwand einer Vergussform kann somit beliebig weit von der inneren Wicklungslagen eines jeden Wicklungsabschnittes beabstandet werden. Dieser Abstand entspricht der späteren Wanddicke der FeststoffIsolierung .
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Wicklungslagen vor dem Aushärten des mit nicht vollständig ausgehärtetem Harz verklebt. Das Harz ist beispielsweise Bestandteil eines mit Harz imprägnierten Isolierstoffes. Ein mit nicht ausgehärtetem Harz im B-Zustand imprägnierter Flächenisolierstoff ist beispielsweise ein „Prepreg". Das Harz eines Prepregs ist nicht vollständig aus¬ gehärtet. Mit anderen Worten wurde die Polymerisierung des Harzes abgebrochen, bevor alle Bindungsstellen des Harzes vollständig verbraucht wurden. Ein solcher Isolierstoff oder Prepreg weist gewisse Klebeeigenschaften auf, so dass die Wicklungsabschnitte beispielsweise auf eine Wickelform gewi¬ ckelt durch das Prepreg miteinander verklebt werden können.
Vorteilhafterweise wird die Wicklungsanordnung nach dem Verkleben der Wicklungslagen und nach dem Einbringen der Halte- elemente jedoch vor dem Einfüllen des flüssigen Isolierstoffs vorgewärmt. Diese Vorwärmung sorgt für die Aushärtung aller Harze im B-Zustand, so dass sich jeweils feste Verbindungen ergeben. Anschließend ist eine selbststehende Wicklungsanord¬ nung bereitgestellt, bei der lediglich die Wicklungsisolie- rung fehlt. Dieser „Rohling" kann nun stehend vergossen werden .
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus- führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Wicklungs¬ anordnung von unten,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Fußele- ments,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fußele¬ ments, Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Wicklungsanordnung vor dem Vergießen mit flüssigem Wicklungsisolierstoff,
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Wicklungsanordnung nach dem Vergießen und
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens schematisch verdeutlichen. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 1 in einer perspektivischen Ansicht von unten. Es ist erkennbar, dass die Wicklungsanordnung 1 eine Anzahl von in vertikaler oder axialer Richtung übereinander angeordneter Scheibenwicklungen 2, 2b, 2c ... 2n aufweist, wobei die Scheibenwicklung 2a später die untere Scheibenwicklung der Wicklungsanordnung 1 ist. Es ist erkennbar, dass die Scheibenwicklung 2a sowie im Übrigen alle anderen Scheibenwicklungen 2b ... 2n aus mehreren Wicklungslagen 3 zusammengesetzt ist, die einen bandförmigen, also flachen, Leiter aufweisen, der von innen nach außen gewickelt ist, wobei sich die jeweilige Scheibenwicklung 2a, 2b, 2c, ... 2n in radialer Richtung 4 vergrößert. Dabei sind die bandförmigen Leiter gegeneinander isoliert. Die Isolierung ist in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Lackschicht bereit- gestellt, die auf den Leiter aufgebracht wurde. Aus Figur 1 ist insbesondere erkennbar, dass die Scheibenwicklung 2a eine Ausnehmung 5 ausbildet, die zur Aufnahme eines Befestigungs¬ endes eines Fußelementes eingerichtet ist. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Fußelements 6, das ein Befestigungsende 7 sowie ein von dem Befestigungsende 7 abgewandtes Abstellende 8 aufweist. Zwischen dem Befesti- gungsende 7 und dem Abstellende 8 erstreckt sich ein Isolier¬ stoffabschnitt 9, der aus einem Isolierstoff wie z. B. einem Epoxidharz besteht. An dem Befestigungsende 7 bildet das Fu߬ element 6 einen Einführstutzen 10 aus, der zum Einführen in die in Figur 1 gezeigte Ausnehmung 5 eingerichtet ist. Der Einführungsstutzen ist in dem gezeigten Beispiel an den Isolierstoffabschnitt 9 angeformt und besteht ebenfalls aus ei¬ nem harzhaltigen Isolierstoff. Am Befestigungsende 8 ist ein metallisches Montagemittel in den Isolierstoffabschnitt 9 eingebettet. Das metallische Montagemittel ist mit einem In- nengewinde ausgestattet.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin¬ dungsgemäßen Fußelements 6, das wie in Figur 2 ein Fußelement 6 und ein Abstellende 8 aufweist. Wie in Figur 2 ist das Ab- stellende 8 mit metallischen Montagemitteln ausgerüstet, die ein Innengewinde aufweisen, um das Fußelement 6 sicher ver- schrauben zu können. Im Gegensatz zu dem kegelstumpfförmigen Isolierstoffabschnitt 9 des in Figur 2 gezeigten Ausführungs¬ beispiels ist der Isolierstoffabschnitt 9 hier kreuzförmig ausgestaltet und weist zwei rechtwinkelig zueinander angeord¬ nete Unterabschnitte 11 und 12 auf. Die Unterabschnitte 11 und 12 weisen jeweils miteinander fluchtende Absteilflächen 13 und 14 auf, die zur Aufnahme der untersten Scheibenwicklung 2a der Wicklungsanordnung 1 vorgesehen ist. Eine Ausneh- mung in der untersten Scheibenwicklung ist auf diese Weise unnötig geworden.
Figur 4 zeigt das in Figur 3 gezeigte Fußelement 6 mit den übereinander aufgetürmten Scheibenwicklungen 2a, 2b ... 2n, die alle gemeinsam auf einen Wickelträger 15 als Haltemittel gewickelt sind und an diesem durch Zugkraft gehalten sind. Die Scheibenwicklungen 2a ... 2n sowie der Wickelträger 15 ruhen gemeinsam auf Fußelementen 6, die jeweils in einer Aus- Wölbung einer Vergussform 16 abgestellt sind. Nach dem Aufsetzen kann der Wickelträger entfernt werden. Der in Figur 4 dargestellte Rohling wird nun stehend mit einem elektrisch isolierenden Harz vergossen, so dass die gesamte Wicklungsan- Ordnung 1 einschließlich der Fußelemente 6 vollständig in dem Harz eingebettet ist. Die Fußelemente 6 erstrecken sich daher nach dem Vergießen in einem Vergussfuß, der als solcher bereits zum Stand der Technik zählt, jedoch hier durch die Fußelemente zum Tragen der Wicklungsanordnung vor dem Vergießen entscheidend verbessert wurde. Mit anderen Worten stellt der harzhaltige Isolierstoff die zum Halten der Wicklungsanord¬ nung notwendige Festigkeit bereit. Die in Figur 4 gezeigte Wicklungsanordnung 1 dient beispielsweise als Oberspannungs¬ wicklung eines Transformators, wobei sich in ihrem Inneren eine Unterspannungswicklung sowie ein Schenkel eines Magnet¬ kerns erstrecken.
Darüber hinaus verfügt die Wicklungsanordnung 1 zusätzlich zum Wickelträger 15 über weitere Halteelemente 26 hier in Ge- stalt von ringförmigen Abstandshaltern 26. Abweichend zum gezeigten Ausführungsbeispiel können die Haltemittel auch klotzförmig ausgestaltete Halteklötze umfassen. Diese genann¬ ten Halteelemente können auch ohne den Wickelträger 15 den notwendigen Halt für die Wicklungsabschnitte bereitstellen, so dass der Wicklungsträger 15 entfernt werden kann.
Figur 5 zeigt schematisch einen Transformator 17 mit einem Schenkel 18 eines Eisenkerns sowie einer Unterspannungswick¬ lung 19 und einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 1, die hier als Oberspannungswicklung dient. Es ist erkennbar, dass sich zwischen den Scheibenwicklungen 2a, 2b, 2n Halteelemente 20a und 20b als Haltemit¬ tel erstrecken. Die Halteelemente 20a und 20b sind jeweils als flacher Einlegestreifen ausgebildet und erstrecken sich jeweils durch alle Scheibenwicklungen 2a, 2b, 2n der Wicklungsanordnung 1. Ferner sind in Figur 5 die Wicklungslagen 3 eines jeden Wicklungsabschnittes 2a, 2b, 2n erkennbar. Die Wicklungslagen 3 sind in dem in Figur 5 gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel von einer inneren Seite, die dem Schenkel 18 zugewandt ist, in radialer Richtung 21 nach außen gewickelt. Mit zunehmenden Wicklungslagen 3 vergrößert sich daher ein jeder Wicklungsabschnitt 2a, ...2n von innen nach außen. Die Haltemittel 20a und 20b erstrecken sich zwischen den Wicklungslagen 3 und sind mit diesen fest verbunden, so dass die Wicklungsabschnitte 2a,...2n von den Halteelementen 20a und 20b mit Abstand zueinander gehalten sind. Aus diesem Grunde ist es möglich, den Wicklungsisolierstoff in flüssiger Form mit den Wicklungsabschnitten 2a, 2b, 2n zu vergießen und anschließend durch Erwärmen unter Vakuum den Wicklungsisolierstoff vollständig auszuhärten, so dass eine Trockenwicklung 1 als Wicklungsanordnung bereitgestellt ist, deren Wicklungsab¬ schnitte vollständig in einem festen Wicklungsisolator 22 eingebettet ist. Aus Figur 5 ist ferner erkennbar, dass sich die Wicklungslagen kranzförmig in einer horizontalen Schicht erstrecken, so dass die Wicklungsabschnitte 2a,..., 2n sogenannte Scheibenwicklungen ausbilden. Die Scheibenwicklungen
2a,..., 2n sind umfänglich geschlossen, so dass im Inneren einer jeden Scheibenwicklung 2a,..., 2n sich der Schenkel 18 zusammen mit der Unterspannungswicklung 19 erstreckt.
Figur 6 zeigt das Wickeln des Wicklungsabschnitt 2b. Es ist erkennbar, dass ein metallischer Bandleiter 23 zusammen mit einer Isolierfolie 24 auf eine bereits ausgewickelte Wick¬ lungslage des Wicklungsabschnittes 2b gewickelt wird. Dabei wird zunächst der Einlegestreifen 20a als Haltemittel einge¬ legt. Der Einlegestreifen 20a ist ein Prepreg und besteht aus einem mit Glasfasern verstärkten Harz. Das Harz des Einlege- Streifens 20a ist nicht vollständig ausgehärtet. Das so ein¬ gewickelte Halteelement 20a wird, nachdem das Halteelement 20b in einer späteren Wicklungslage eingewickelt wurde, vor¬ gewärmt, so dass sich zwischen den jeweiligen Wicklungsab¬ schnitten oder Scheibenwicklungen 2a,..., 2n und den Prepregs eine feste Verbindung entsteht. Anschließend kann der Wick¬ lungsträger 15 entfernt werden, wobei die Halteelemente 20a und 20b die Scheibenwicklungen 2a und 2b,..., 2n ohne Wicklungs¬ isolierung 22 mit Abstand zueinander halten können. Weiterhin ist erkennbar, dass die Isolierfolie 24 rautenförmige Bereiche 25 aufweist, in denen sie mit einem Harz im B- Zustand imprägniert bzw. beschichtet ist. Die rautenförmigen Bereiche 25 sind auf beiden Seiten der Isolierfolie 24 ausge¬ bildet, wobei das Harz punktförmig in den rautenförmigen Bereichen aufgetragen ist. Beim Aushärten nach dem Wickeln verklebt die Folien 24 die Bandleiter 23 miteinander. Durch das Vorwärmen härtet auch das Harz in den rautenförmigen Bereichen aus, so dass sich die besagte Verbindung zwischen den Wicklungslagen 3 verstärkt. Das Harz in den rautenförmigen Bereichen kann daher als Lagenverbindungsmittel bezeichnet werden .

Claims

Patentansprüche
1. Wicklungsanordnung (1) mit einer Anzahl von in axialer Richtung übereinander angeordneten Wicklungsabschnitten ( (2a, 2b, 2n) , die mit Abstand zueinander angeordnet und unter Ausbildung einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden sind,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
wenigstens ein Fußelement (6), das mit einem Wicklungsab- schnitt (2a) verbunden und zum Tragen der gesamten Wicklungsanordnung (1) eingerichtet ist.
2. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Wicklungsabschnitte (2a, 2b, 2n) und jedes Fußelement (6) zumindest teilweise von einem Wicklungsisolator (22) umgeben sind, der aus einem festen Wicklungsisolierstoff be¬ steht .
3. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Wicklungsisolierstoff Harz enthält.
4. Wicklungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jedes Fußelement (6) einen Isolierstoffabschnitt (9, 11, 12) aufweist, der aus einem elektrisch isolierenden Fußisolierstoff besteht.
5. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jeder Wicklungsabschnitt (2a, 2b, 2n) und jedes Fußelement (6) zumindest teilweise von einem Wicklungsisolator (22) um- geben ist, der aus einem festen Wicklungsisolierstoff be¬ steht, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wicklungs¬ isolierstoffs demjenigen des Fußisolierstoffs entspricht.
6. Wicklungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Isolierstoffabschnitt (9) sich von dem besagten Wick- lungsabschnitt (2a) zu einem freien Endbereich (8) hin erstreckt, wobei der Endbereich (8) zum Abstellen der Wicklungsanordnung eingerichtet ist.
7. Wicklungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
Haltemittel mit wenigstens einem Halteelement (20a, 20n) das sich zwischen wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Wicklungsabschnitte (2a,..., 2n) hinein erstreckt, wobei das besagte Halteelement (20a, 20b) fest mit den Wicklungsabschnitten (2a,...,2n) verbunden ist, in die hinein es sich erstreckt.
8. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jedes Halteelement als flacher Einlegestreifen (20a, 20n) ausgebildet ist.
9. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jedes Halteelement (20a, 20n) aus einem mit Fasern verstärktem Harz besteht.
10. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jeder Wicklungsabschnitt (2a, 2b, 2n) übereinander gewi¬ ckelte Wicklungslagen (3) aufweist, wobei die Wicklungslagen (3) gegeneinander isoliert sind und einen elektrischen Leiter (23) aufweisen.
11. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Wicklungslagen (3) über Lagenverbindungsmittel (25) mit¬ einander fest verbunden sind.
12. Wicklungsanordnung nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Wicklungsabschnitte (2a, 2b, 2n) mittels einer ausge- härteten Harzverbindung (25) fest miteinander verbunden sind.
13. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jeder Wicklungsabschnitt (2a, 2b, 2n) umfänglich geschlos- sen ist, wobei die Wicklungsabschnitte (2a, 2b, 2n) fluch¬ tend zueinander angeordnet sind.
14. Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jedes Fußelement (6) und jeder Wicklungsabschnitt (2a, 2b, 2n) vollständig in einem Wicklungsisolator (22) eingebettet sind .
15. Wicklungsanordnung (1) nach einem Anspruch 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Wicklungsisolator (22) einen inneren Hohlraum begrenzt und zwischen dem inneren Hohlraum und jedem Wicklungsabschnitt (2a,..., 2n) eine kontinuierliche Innenwandung aus Wick¬ lungsisolierstoff ausbildet ist, die eine Dicke zwischen 1 mm und 50 mm aufweist.
16. Verfahren zum Herstellen einer Wicklungsanordnung (1) , bei dem
- Wicklungsabschnitte (2a, 2b, 2n) auf einen Wickelträger (15) gewickelt werden, die Wicklungslagen (3) aus gegeneinander isolierten elektrischen Leitern aufweisen,
- die Wicklungsabschnitte über Haltemittel (20a, 20n) mitei¬ nander verbunden werden, so dass eine Wicklungsanordnung (1) bereitgestellt ist, die in axialer Richtung übereinander an- geordnete Wicklungsabschnitte (2a,...2n) aufweist,
- ein endseitiger Wicklungsabschnitt (2a,...2n) mit einem Fu߬ element (6) verbunden, das einen Fußisolationsabschnitt (9) aufweist, - jeder Wicklungsabschnitt (2a, 2b, 2n) und jedes Fußele¬ ment (6) mit einem Isolierstoff stehend vergossen und
- zum Aushärten des Isolierstoffes erwärmt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Haltemittel wenigstens ein Halteelement (20a) aufweisen, das beim Wickeln der Wicklungsabschnitte (2a, 2b, 2n) zwi¬ schen die Wicklungslagen ( 3 ) eingelegt wird, so dass es sich zwischen wenigsten zwei Wicklungsabschnitte (2a, 2b, 2n) er¬ streckt .
18. Verfahren nach Anspruch 17,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Wicklungslagen (3) vor dem Aushärten des Isolierstoffs durch ein nicht vollständig ausgehärtetes Harz (25) miteinan¬ der verklebt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Wicklungsanordnung (1) nach dem Verkleben der Wicklungslagen und nach dem Einbringen der Halteelemente (20a, 20b) je¬ doch vor dem Aushärten des Isolierstoffs vorgewärmt wird.
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