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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrfachparallelleiter für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Transformator, bestehend aus einer Mehrzahl von benachbarten, vorzugsweise voneinander isolierten Teilleitern die zu einem Bündel zusammengefasst sind, wobei an den Aussenflächen der Teilleiterbündel eine flächige Schutzisolation vorgesehen ist, welche zumindest einen Oberflächenabschnitt des Teilleiterbündels überdeckt und zumindest einen weiteren Oberflächenabschnitt des Teilleiterbündels nicht überdeckt, wobei die Oberflächenabschnitte, bezogen auf die Längsrichtung des Mehrfachparallelleiters, nebeneinander angeordnet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachparallelleiters für eine elektrische Maschine, insbesondere ein Transformator, wobei einzelne,
vorzugsweise voneinander isolierte Teilleiter zu einem Teilleiterbündel zusammengefasst werden. Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Wicklung für eine elektrische Maschine, insbesondere ein Transformator, bestehend aus zumindest einem Mehrfachparallelleiter der oben genannten Art, wobei aufeinanderfolgende Windungen des Mehrfachparallelleiters oder parallel gewickelte Mehrfachparallelleiter axial und/oder radial benachbart angeordnet sind.
Mehrfachparallelleiter mit einer gitterförmigen Umwicklung sind bereits bekannt. Beispielsweise ist in der internationalen Veröffentlichung W095/30991 der Anmelderin ein Mehrfachparallelleiter, bestehend aus einer Mehrzahl von Teilleitern oder Drilleitern beschrieben, welcher mit einem grossmaschigen Webband oder Gitterband aus Polyester oder einem Glasseide/Polyester-Gemisch umbändert ist, welches eine Maschenweite von zumindest 2 mm aufweist. Gegebenenfalls ist der Mehrfachparallelleiter und/oder das Web- bzw. Gitterband noch mit einem teilvernetzten Epoxidharz imprägniert. Mit einem solchen Webband kann ein stabiler kompakter Leiter hergestellt werden, bei welchem die Teilleiter direkt mit dem Kühlmedium in Kontakt stehen.
Durch diese wesentlich verbesserten Kühleigenschaften sind eine kompaktere und kostengünstigere Bauweise von elektrischen Maschinen und Geräten möglich. Wird ein Mehrfachparallelleiter dieser Art in der Weise verarbeitet, dass einzelne Windungen oder parallel gewickelte Mehrfachparallelleiter direkt aneinander liegen, besteht die Gefahr, dass die Lackisolation der Teilleiter durch Reibung beschädigt und die elektrischen Eigenschaften der Wicklung dadurch beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund wird ein Mehrfachparallelleiter dieser Art in der Praxis so verarbeitet, dass zwischen zwei benachbarten Mehrfachparallelleitern Distanzstücke angeordnet sind.
Die US 3 098 113 A zeigt eine elektrische Einrichtung, bei der die Einzelleiter vollständig von einer ölimprägnierbaren Hauptisolierung umgeben sind und wo weiters jeder Einzelleiter durch eine für Flüssigkeiten undurchlässige Teilisolierung umgeben ist. Die Teilisolierung ist so ausgebildet, dass sie die Aussenfläche der Spule bildet und hat den Zweck, eine Ölimprägnierung zuzulassen, jedoch das Eindringen von Wasser in die Spule zu verhindern. Es ist der US 3 098 113 A jedoch nicht zu entnehmen, dass ein Teilleiterbündel zumindest abschnittsweise mit einer gitterförmigen Umhüllung umgeben ist. Weiters müssen die Teilisolierungen gemäss der US 3 098 113 A so angeordnet werden, dass zwischen benachbarten Leitern die zugehörigen Teilisolierungen überlappen, was eine doppelte Teilisolierungsschicht zwischen den Leitern zur Folge hat.
Die DE 34 25 982 A1 zeigt einen Gitterstab (Drillleiter), wo zwischen den Teilleiterstapeln ein Isolierstreifen eingefügt wird und wobei die Längskanten des Streifens eingeschnitten und die Abschnitte umgebogen werden und somit der Isolierung der Kröpfstellen dienen. Weiters zeigt die DE 34 25 982 A1 an der Ober- und Unterseite der Teilleiterstapel eine in Längsrichtung unterbrochene Isolierung. Diese unterbrochene Isolierung hat den Nachteil, dass bei Übereinanderanordnen von Teilleiterbündeln diese genau ausgerichtet werden müssten, da sonst möglicherweise jeweils zwei nichtisolierte Oberflächen, was die notwendige Isolationswirkung herabsetzt, bzw. zwei Isolationsschichten, was die Packungsdichte verringert, aufeinander zu liegen kommen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch Weiterentwicklung von Mehrfachparallelleitern der eingangs genannten Art eine Möglichkeit zu finden, Wicklungen mit einem noch höheren Füllfaktor zu schaffen, bei welchen eine Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften jedoch vermieden werden kann. Weiters ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mehrfachparallelleiters anzugeben, sowie eine Möglichkeit zur Herstellung von Wicklungen, bestehend aus zumindest einem solchen Mehrfachparallelleiter zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Teilleiterbündel zumindest
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abschnittsweise mit einer gitterförmigen Umhüllung, z B ein Gitternetzband, eine Faden- Umspinnung od dgl , versehen ist und dass die flächige Schutzisolation zwischen den Aussenflächen des Teilleiterbündels und der gitterförmigen Umhüllung vorgesehen ist, wobei die Schutzisolation eine oder mehrere Aussenflächen des Teilleiterbündels und die dieser Aussenfläche bzw diesen Aussenflächen zugewandten Kantenbereiche der benachbarten, nicht mit einer Schutzisolation versehenen Aussenflächen und gegebenenfalls die Kantenbereiche zwischen benachbarten, mit einer Schutzisolation versehenen Aussenflächen umfasst Bei einem Verfahren der erfindungsgemässen Art ist demnach vorgesehen,
dass jedes Teilleiterbündel mit einer gitterförmigen Umhüllung versehen wird und vor Aufbringen der gitterförmigen Umhüllung auf das Teilleiterbündel eine zumindest eine Seitenfläche, jedoch nicht den gesamten Umfang des Teilleiterbündels überdeckende flächige Schutzisolation aufgebracht wird, wobei als Isolierstoff der Schutzisolation Papier verwendet wird. Eine Wicklung bestehend aus zumindest einem erfindungsgemässen Mehrfachparallelleiter, bei welcher aufeinanderfolgende Windungen des Mehrfachparallelleiters oder parallel gewickelte Mehrfachparallelleiter axial und/oder radial benachbart angeordnet sind, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der bzw die Mehrfachparallelleiter zumindest abschnittsweise mit einer gitterförmigen Umhüllung, z.
B. ein Gitternetzband, eine Faden-Umspinnung od dgl., versehen sind und die flächige Schutzisolation zwischen den Aussenflächen des Teilleiterbündels und der gitterförmigen Umhüllung vorgesehen ist, sodass von den einander zugewandten Seitenflächen benachbarter Windungsabschnitte des bzw. der Mehrfachparallelleiter eine Seitenfläche mit einer flächigen Schutzisolation versehen ist.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Wicklung mit einem besonders hohen Füllfaktor stehen die mit einer flächigen Schutzisolation versehenen Seitenflächen miteinander unmittelbar in Kontakt
Durch die Kombination einer Schutzisolation mit einer gitterförmigen Umhüllung wird sowohl eine erhöhte mechanische Festigkeit als auch eine höhere Spannungsfestigkeit erreicht, sodass die einzelnen Mehrfachparallelleiter einer Windung-ohne Zwischenschaltung von Distanzstücken- unmittelbar übereinander oder nebeneinander angeordnet werden können, ohne die elektrischen Eigenschaften dabei zu beeinträchtigen.
Durch die freie Zugänglichkeit der nicht miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen des Mehrfachparallelleiters für das Kühlmedium und die guten Kühlungseigenschaften eines mit einer gitterförmigen Umhullung versehenen Mehrfachparallelleiters ist eine ausreichende Kühlung des Leiters bzw. der Wicklung gewährleistet Durch diese erfindungsgemässe Lösung können somit der Füllfaktor und folglich die Herstellkosten für eine Wicklung weiter reduziert und die Betriebssicherheit weiter erhöht werden
Durch die Ausführung, dass die Schutzisolation eine oder mehrere Seitenflächen und die dieser Seitenfläche bzw.
diesen Seitenflächen zugewandten Kantenbereiche der benachbarten, nicht mit einer Schutzisolation versehenen Seitenflächen und gegebenenfalls die Kantenbereiche zwischen benachbarten, mit einer Schutzisolation versehenen Seitenflächen umfasst, ist ein erhöhter Schutz des Leiters im Bereich der Kanten möglich, sodass die elektrische Spannungsfestigkeit weiter gesteigert werden kann.
Bei einer Wicklung, bei welcher benachbarte Mehrfachparallelleiter über zwei Seitenflächen miteinander in Kontakt stehen, z B bei einer Vierergruppe, überdeckt die Schutzisolation vorzugsweise zumindest zwei benachbarte Seitenflächen des Mehrfachparallelleiters, um einen allseitigen Schutz des Mehrfachparallelleiters zu ermöglichen.
Die flächige Schutzisolation ist vorzugsweise eine Papierisolation, welche aufgrund ihrer guten Isoliereigenschaften und des geringen Platzverbrauchs für die Zwecke der vorliegenden Erfindung hervorragend geeignet ist.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Mehrfachparallelleiters bzw. einer damit hergestellten Wicklung, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen,
Fig. 1 einen Mehrfachparallelleiter gemäss der Erfindung mit einer Schutzisolation an der
Oberseite,
Fig. 2 einen Mehrfachparallelleiter gemäss der Erfindung mit einer seitlichen Schutzisolation,
Fig 3 einen Mehrfachparallelleiter gemäss der Erfindung mit einer L-förmigen Schutzisolation,
Fig.
4a, 4b eine Wicklung der erfindungsgemässen Art, bei welcher einzelne Windungen des
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Mehrfachparallelleiters oder parallelgewickelter Mehrfachparallelleiter axial und/oder radial aneinander liegen und
Fig 5 eine Wicklung der erfindungsgemässen Art, bei welcher einzelne Windungen des
Mehrfachparallelleiters oder parallelgewickelter Mehrfachparallelleiter axial über einen
Teil der Wicklung unmittelbar aneinander liegen, im übrigen Teil voneinander beabstandet sind.
Im folgenden wird auf die Figur 1 Bezug genommen, in welcher ein Mehrfachparallelleiter 1 für eine elektrische Maschine am Beispiel eines Drilleiters für die Unterspannungswicklung eines Transformators dargestellt ist. Der Mehrfachparallelleiter weist eine Anzahl von Teilleitern 2, z. B. flache Kupferleiter mit einem rechteckigen Querschnitt auf.
Jeder Teilleiter 2 ist mit einer Isolierung 3, im vorliegenden Fall einem Lacküberzug versehen.
Zur Herstellung des Mehrfachparallelleiters werden die einzelnen Teilleiter 2 in der gewünschten Anzahl und Ausrichtung zu einem Teilleiterbündel zusammengefasst
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an der Oberseite des Teilleiterbündels eine Schutzisolation 4 angeordnet, welche die gesamte Oberseite und die dieser Oberseite zugewandten Kantenbereiche der Seitenflächen überdeckt. Die Seitenflächen und die Unterseite des Teilleiterbündels bleiben ohne Schutzisolation. Als Material für die Schutzisolation wird Isolierstoff, vorzugsweise Papier, in der erforderlichen Qualität und Dicke gewählt.
Die Anordnung des Teilleiterbündels mit der Schutzisolation ist zur Erreichung der erforderlichen Stabilität mit einem grossmaschigen Gitterband 5 umwickelt. Weitere Informationen betreffend das Gitterband 5 können der eingangs angeführten internationalen Anmeldung W095/30991 der Anmelderin entnommen werden, welche ausdrücklich als ein Teil der vorliegenden Offenbarung anzusehen ist.
Anstelle des oben angeführten Gitterbandes 5 können im Rahmen der vorliegenden Erfindung natürlich auch alle anderen, dem Fachmann bekannte Mittel zur Stabilisierung eines Teilleiterbündels, bei welchem das Kühlmedium mit zumindest einer Seitenfläche des Teilleiterbündels in unmittelbarem Kontakt gerät, z. B eine kreuzweise Umwicklung mit Fäden, verwendet werden.
In den Figuren 2 und 3 sind weitere Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemässen Mehrfachparallelleiter anhand eines Drilleiters für die Unterspannungs- oder Mittelspannungswicklung eines Transformators dargestellt. In der nachfolgenden Beschreibung werden für dieselben Merkmale identische Bezugszeichen verwendet und diese nicht mehr ausfuhrlich erläutert.
Bei dem Mehrfachparallelleiter 1 von Figur 2 ist die Schutzisolation 4 an einer Seitenfläche und eines dieser Seitenfläche zugewandten Teilabschnittes der Oberseite angeordnet, wobei sich diese Schutzisolation vorzugsweise auch über die angrenzenden Kantenbereiche erstreckt. Der restliche Abschnitt der Oberseite, die Unterseite und die gegenüberliegende Seitenfläche sind ohne Schutzisolation.
Bei dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Mehrfachparallelleiters 1 gemäss Figur 3 erstreckt sich die Schutzisolation 4 über eine Seitenfläche und die gesamte Oberseite des Mehrfachparallelleiters 1, wobei wiederum vorzugsweise die angrenzenden Kantenbereiche mit umfasst sind. Die gegenüber liegende Seitenfläche und die Unterseite verbleiben ohne Schutzisolation.
Die Anordnung der Schutzisolation gemäss der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine Schutzisolation an jeder beliebigen Stelle angeordnet sein und sich über beliebige Oberflächenabschnitte erstrecken. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist lediglich vorgesehen, dass sich die Schutzisolation über zumindest einen Oberflächenabschnitt (Seitenfläche, Oberseite, Unterseite) erstreckt und zumindest einen Oberflächenabschnitt frei lässt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können weiters zwei oder mehr Schutzisolationen vorgesehen sein, welche beispielsweise diametral gegenüberliegend oder aneinander angrenzend angeordnet sein können.
Bei einer in Figur 4a dargestellten Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen Wicklung sind die miteinander in Kontakt stehenden Seitenflächen zweier oder mehrerer Mehrfachparallelleiter 1 mit je einer Schutzisolation 4 versehen, um die elektrische
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Spannungsfestigkeit der Wicklung weiter zu erhöhen
Bei einer anderen, nicht dargestellten Wicklung konnen die Mehrfachparallelleiter, anstelle der axialen Richtung, auch in einer um 90 versetzten radialen Richtung unmittelbar nebeneinander angeordnet werden In diesem Fall ist die Schutzisolation an den vertikalen Begrenzungsflächen zwischen den einzelnen Windungen der radialen Wicklung angeordnet.
Bei einer in Figur 4b dargestellten Ausfuhrungsvariante einer erfindungsgemässen Wicklung ist nur ein Teil der miteinander in Kontakt stehenden Seitenflächen zweier oder mehrerer Mehrfachparallelleiter mit einer flachigen Schutzisolation 4 versehen.
In Figur 5 ist eine Wicklung 6 für einen Transformator dargestellt, welche durch einen als sogenannten Drilleiter ausgebildeten Mehrfachparallelleiter 7 hergestellt wird, der aus einer grossen Anzahl von Teilleitern 2 besteht.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Windungen des Mehrfachparallelleiters 7 in axialer Richtung übereinander angeordnet, wobei eine Anzahl von Windungen unmittelbar miteinander in Kontakt steht und eine Anzahl von Windungen mittels (nicht dargestellten) Distanzstücken voneinander beabstandet ist, um zwischen den Windungen Kühlkanäle für das Kühlmedium, z.
B. Öl, ausbilden zu können, welche in Figur 5 mittels Pfeilen dargestellt sind
Die erfindungsgemäss ausgebildeten Mehrfachparallelleiter 7 sind so angeordnet, dass zumindest an einer der horizontalen Begrenzungsflächen, über welche die einzelnen Windungen unmittelbar miteinander in Kontakt stehen, zumindest ein Mehrfachparallelleiter 7 mit einer Schutzisolation 4 versehen ist
Natürlich können auch solche Mehrfachparallelleiter 7, welche mit benachbarten Windungen nicht unmittelbar in Kontakt stehen, ebenso mit einer Schutzisolation 4 gemäss der vorliegenden Erfindung ausgestattet sein, um die mechanische Stabilität und die elektrische Spannungsfestigkeit des Mehrfachparallelleiters zu erhöhen Ein solcher Mehrfachparallelleiter ist in Figur 5 oben dargestellt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Mehrfachparallelleiter weiters sowohl in radialer als auch in axialer Richtung miteinander verwickelt werden, z. B in Vierergruppen (Fig 4a, 4b) Für diesen Fall ist vorzugsweise eine L-förmige Schutzisolation vorgesehen (siehe auch Fig 3), welche sich sowohl über eine horizontale, als auch eine vertikale Seitenfläche eines jeden Mehrfachparallelleiter erstreckt.
Die oben mit Bezug auf die Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele sind keineswegs einschränkend Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist jede beliebige, für den Fachmann realisierbare Kombinationen der erläuterten Anordnungen und Merkmale umfasst
PATENTANSPRÜCHE:
1. Mehrfachparallelleiter (1) für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen
Transformator, bestehend aus einer Mehrzahl von benachbarten, vorzugsweise voneinander isolierten Teilleitern (2), die zu einem Bündel zusammengefasst sind, wobei an den Aussenflächen der Teilleiterbündel eine flächige Schutzisolation (4) vorgesehen ist, welche zumindest einen Oberflächenabschnitt des Teilleiterbündels überdeckt und zumindest einen weiteren Oberflächenabschnitt des Teilleiterbündels nicht überdeckt, wobei die Oberflächenabschnitte, bezogen auf die Längsrichtung des
Mehrfachparallelleiters,
nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilleiterbündel zumindest abschnittsweise mit einer gitterförmigen Umhüllung (5), z.B. ein Gitternetzband, eine Faden-Umspinnung od. dgl , versehen ist und dass die flächige
Schutzisolation (4) zwischen den Aussenflächen des Teilleiterbündels und der gitterförmigen Umhüllung (5) vorgesehen ist, wobei die Schutzisolation (4) eine oder mehrere Aussenflächen des Teilleiterbündels und die dieser Aussenfläche bzw. diesen
Aussenflächen zugewandten Kantenbereiche der benachbarten, nicht mit einer
Schutzisolation (4) versehenen Aussenflächen und gegebenenfalls die Kantenbereiche zwischen benachbarten, mit einer Schutzisolation (4) versehenen Aussenflächen umfasst.