DE1514231B2 - Mit duroplastischer isoliermasse umgossene lagenwicklung insbesondere hochspannungswicklung fuer spannungswandler - Google Patents

Description

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Bei der Einbettung von elektrischen Wicklungen, als Zwischenisolation ein Material zu verwenden, das insbesondere Hochspannungswicklungen in irrever- gasdurchlässig, aber nur schwach saugfähig ist. Beim sibel härtbare Duroplastmassen, wie z. B. Epoxyd- Vergießen der Hochspannungswicklung findet an den und Polyesterharzmassen, ist man bemüht, die Wick- seitlich über die Wicklungslagen vorstehenden Randlungen so zu imprägnieren und zu umhüllen, daß das 5 schichten der Zwischenisolation eine geringe Durch-Tränk- und Umgußharz samt der Wicklung einen ge- tränkung statt. Infolge der nur schwachen Saugfähigmeinsamen Festkörper bildet, der keine Hohlräume keit dringt das Gießharz jedoch nicht in die Zwienthält, die zu Teilentladungen (Koronaerschei- schenisolation zwischen den Wicklungslagen vor. Die nungen) führen können. Bekannt ist das sogenannte Endwindungen der Wicklungslagen und damit die Zweistufenverfahren, bei dem das Imprägnieren und io sich zum Innern der Lagenwicklung erstreckenden das Umgießen in getrennten Arbeitsgängen erfolgt. Randzonen werden also von dem Gießharz nicht Abgesehen davon, daß dieses Zweistufenverfahren umhüllt. Die freien Räume im Innern der Hochspanfertigungstechnisch umständlich ist, bietet es keine nungswicklung werden mit elektronegativem Gas ausausreichende Sicherheit für eine hohlraumfreie Grenz- gefüllt, das von außen durch ein Rohr der Hochschichtbindung der Draht- und Isolierlagenränder der 15 Spannungswicklung zugeführt wird (deutsche Auslegeimprägnierten Wicklung mit der in der Regel aus schrift 1 150 447). Die Lagenwicklung gemäß der gefülltem oder gestrecktem Gießharz bestehenden Erfindung zeichnet sich demgegenüber durch eine Umhüllung. Ähnliche Schwierigkeiten treten auch bei hohe spezifische Belastbarkeit des die Lagenisolation dem ebenfalls bekannten Einstufenverfahren auf, bei bildenden, mit duroplastischem Isolierharz vorimdem in einem Arbeitsgang entweder die Wicklung 20 prägnierten Papiers aus. Da die Randzonen der Lazunächst mit dünnflüssigem Tränkharz imprägniert genwicklung mit Gießharz hohlraumfrei umgössen und dieses dann in steigendem Guß durch das spe- sind, erhält man an den Stellen der Lagenwicklung zifisch schwerere, gefüllte Umgußharz verdrängt wird mit der höchsten elektrischen Beanspruchung durch oder die Imprägnierung und der Umguß gleich- den Gießharzumguß eine besonders gute Isolierung, zeitig unter Verwendung einer sogenannten Tränk- 25 Außerdem wirkt der Gießharzumguß an den Randgußharzmasse erfolgt. Auch bei nach diesen Ein- zonen als Distanz- und Fixiermasse, was insbesondere stufenverfahren eingebetteten, insbesondere aus vie- dann von Vorteil ist, wenn die Lagenwicklung als len Windungen und Lagen bestehenden Wicklungen sogenannte distanzierte Wicklung mit Abständen zwihat sich häufig gezeigt, daß an den Enden der Draht- sehen den einzelnen Windungen ausgeführt ist. Vorlagen und/oder zwischen den geschichteten Lagen- 30 teilhaft ist auch, daß das Innere der Lagenwicklung Isolationen beim Gieß-, Härtungs- oder Abkühlvor- als Polster voll wirksam bleibt.

gang Ablösungen eintreten, Spalte und Hohlraum- Mit Vorteil beträgt der Harzanteil des die Lagennester entstehen, also auch keine einwandfreie Grenz- isolation bildenden vorimprägnierten Papiers 20 Schichtbindung erzielt wird. Es besteht also auch hier bis 40 %.

die Gefahr, daß Teilentladungen bei Prüf- und Dauer- 35 Wohl ist es schon bekannt, für die Lagenisolation

beanspruchungen auftreten, die sofort oder im Laufe einzubettender Wicklungen mit duroplastischem Iso-

der Zeit zu einer Beschädigung oder Zerstörung des lierharz vorimprägniertes Papier zu verwenden, des-

die Wicklung enthaltenden Gießharzkörpers führen sen Harzanteil jedoch nicht gehärtet ist, sondern beim

können. Umgießen der Wicklung flüssig wird und erst beim

Die Erfindung betrifft eine mit duroplastischer 40 Umgießen zusammen mit dem Umgußharz gehärtet Isoliermasse umgossene Lagenwicklung, insbesondere wird. Wie bei den schon erwähnten Einstufenver-Hochspannungswicklung für Spannungswandler, mit fahren ist auch hier eine Hohlraumbildung innerhalb einer Lagenisolation aus gasdurchlässigem Material, der Wicklung mit Sicherheit nicht vermieden. Ferner die über die Endwindungen der Wicklungslagen vor- ist es auch schon bekanntgeworden, die in Gießharz stehende Ränder aufweist, welche von der duroplaste 45 einzubettende Wicklung so vielfach in in Reihe gesehen Isoliermasse durchtränkt sind. schaltete Abschnitte zu unterteilen, daß für die auf

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einen Abschnitt entfallende Spannung etwaige Hohlmit duroplastischer Isoliermasse umgossene Lagen- räume in diesem Abschnitt praktisch unschädlich wicklung für Spannungswandler zu schaffen, deren sind und die einzelnen Abschnitte durch wenigstens Isolation entladungsfrei ist, also keine Koronaerschei- 50 halbleitende Beläge einzuhüllen, die mit den Verbinnungen zeigt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dungsleitungen zwischen den einzelnen Abschnitten dadurch gelöst, daß die Lagenisolation aus einem mit verbunden werden. Auf diese Weise will man die duroplastischem Isolierharz vorimprägnierten Papier schwierige Aufgabe, die Wicklung dielektrisch dicht besteht, dessen Harzanteil gehärtet ist, daß ferner die mit festem Isolierstoff zu isolieren, umgehen. Dieses um die Lagenwicklung gegossene duroplastische Iso- 55 Verfahren ist aber fertigungstechnisch sehr umständliermasse eine von den Endwindungen der Wick- lieh und in jeder Beziehung aufwendig,
lungslagen zum Inneren der Lagenwicklung sich er- Für die Erfindung wesentlich ist dagegen die Komstreckende Randzone hohlraumfrei ausfüllt und daß bination der drei erfindungsgemäß vorgeschlagenen die Spannung zwischen benachbarten Wicklungslagen Maßnahmen. Die gemäß dem ersten Merkmal der so gewählt ist, daß die im Inneren der Lagenwicklung 60 Erfindung zur Lagenisolation verwendeten vorimverbleibenden kleinen Hohlräume sich im Teilcntla- prägnierten Papiere, deren Harzanteil die einzelnen dungsverhalten nicht störend bemerkbar machen, getrockneten Papierbahnen kapillar füllt und gehärtet oder/und daß diese Hohlräume, wie an sich bekannt, ist, besitzen, wie Versuche bestätigt haben, eine mit einem unter Überdruck stehenden Isoliergas ge- Durchschlagsfestigkeit wie die gemäß den erwähnten füllt sind. 65 bekannten Verfahren im vollen Wickel imprägnierten

Es ist zwar bereits bei Spannungswandlcrn mit und zu Festkörpern gehärteten Isolierstrecken, köneiner als Zwischenisolation ausgeführten, mit Gieß- ncn sich jedoch wesentlich fester mit dem Ummanteharz vergossenen Hochspannungswicklung bekannt, lungsharz verankern, da dieses ohne Schwierigkeit in

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die Randzonen der einzelnen Wicklungslagen ein- beispiel ein Teil einer gemäß der Erfindung umgossedringen kann, was bei den bekannten Verfahren we- nen Hochspannungswicklung eines Spannungswandgen des in den Randzonen befindlichen Imprägnier- lers im Schnitt dargestellt. Mit 11 sind die Drahtlagen harzes nicht der Fall ist. Besonders vorteilhaft ist es, (es sind nur vier gezeichnet) der lagenweise gewickelwenn die Oberfläche der vorimprägnierten Papiere 5 ten Hochspannungswicklung bezeichnet, mit 12 die rauh ist und damit für das Umgußharz gleicher Roh- aus vorimprägniertem Papier hergestellten Isolationsstoffbasis bindungsfreudig gehalten wird. zwischenlagen. Das vorzugsweise mit einem Füllstoff

Dadurch, daß gemäß dem zweiten Merkmal der oder Füllstoffgemisch gestreckte Umgußharz 13 füllt,

Erfindung die um die Wicklung gegossene duroplasti- wie die Zeichnung erkennen läßt, nur die Hohlräume

sehe Hüllmasse nach der Härtung nur die Randzonen io zwischen den über die Endwindungen der Drahtlagen

der einzelnen Drahtlagen und die über diese hervor- 11 hervorstehenden Lagenisolationsrändern und in

stehenden Lagenisolationsränder hohlraumfrei um- den Randzonen der einzelnen Drahtlagen aus. Der

gibt, bleibt der Hauptteil des Wicklungsinnern unge- mit 14 bezeichnete Bereich ist also hohlraumfrei von

füllt und kann polsternd wirksam sein, so daß der Gießharzmasse ausgefüllt, während in dem Be-

Schrumpfdrücke beim Härten und Abkühlen sowie 15 reich 15 die beim Wickeln verbleibenden kleinen

thermisch bedingte Ausdehnungen im Betrieb Hohlräume nicht mit Gießharz gefüllt sind. Um das

elastisch aufgenommen und damit Ablösungen oder Auftreten von Teilentladungen zu verhindern, ist die

Risse im Gießharzkörper vermieden werden. Lagenspannung entsprechend reduziert oder/und es

Um nun zu verhindern, daß die absichtlich im sind die Hohlräume in dem Bereich 15 mit einem Hauptteil des Wicklungsinnern in den Zwickeln zwi- 20 unter Überdruck stehenden Isoliergas gefüllt. Die ansehen den Wicklungsdrähten und/oder der Lageniso- gedeutete Wicklungsachse ist mit 16 bezeichnet,
lation und in den Spalten zwischen den vorimpräg- Eine entsprechende Reduzierung der Lagenspannierten Papieren verbleibenden kleinen Hohlräume nung ergibt sich, wenn die Wicklung aus zwei oder bei hoher elektrischer Beanspuchung zu Teilentla- mehr gleichzeitig nebeneinander aufgewickelten düngen führen, wird gemäß dem dritten Merkmal der ,25 Drähten, deren Anfänge und Enden jeweils mitein-Erfindung die Spannung zwischen benachbarten ander verbunden sind, oder aus einem gesperrt ge-Drahtlagen nur so hoch gewählt, daß selbst bei Prüf- wickelten Draht oder aus zwei oder mehr in Richtung spannung keine Glimmentladungen auftreten. Die der Wicklungsachse nebeneinanderliegenden, einan-Durchschlagsfestigkeit der Lagenisolation liegt dabei der parallelgeschalteten-Wicklungsgruppen gleicher weit über dieser Beanspruchung. Wegen der bekann- 30 Windungszahl mit gemeinsamer durchgehender Laten Abhängigkeit der an der Oberfläche von Rand- genisolation besteht. Wohl sind schon Gießharzwindungen koaxialer Drahtlagen auftretenden Feld- Spannungswandler bekanntgeworden, bei denen die Stärkenüberhöhung vom Verhältnis Lagenisolations- Hochspannungswicklung gesperrt gewickelt ist, d. h. dicke zu Drahtdurchmesser bei vorgegebener Lagen- zwischen den einzelnen Windungen jeder Lage zuspannung erzielt man die günstigsten Verhältnisse 35 sätzliche Zwischenräume in axialer Richtung eingemit dünnen Lagenisolationen und großen Draht- halten sind, oder bei denen die Hochspannungswickdurchmessern für die einzubettenden Wicklungen. lung in zwei oder mehr in axialer Richtung nebenein-Statt die Lagenspannung wie beschrieben zu ernie- anderliegenden Teilspulen unterteilt ist. Hier hat man drigen oder auch zusätzlich zu dieser Maßnahme, einen solchen Wicklungsaufbau aus einem ganz beispielsweise wenn aus technischen Gründen eine 40 anderen Grunde als bei der Erfindung gewählt, nämausreichende Reduzierung der Lagenspannung un- lieh um das Eindringen des dünnflüssigen Gießharzes durchführbar ist, ist es auch möglich, die Hohlräume in das Wicklungsinnere zu erleichtern und so eine mit einem unter Überdruck stehenden Isoliergas zu vollständige, hohlraumfreie Durchtränkung der füllen, um das Auftreten von Teilentladungen im Hochspannungswicklung zu erzielen.
Wicklungsinneren zu verhindern. 45 Wenn man die verbleibenden Hohlräume im Wick-

Zahlreiche Versuche haben gezeigt, daß gemäß der lungsinnern mit einem unter Überdruck stehenden Erfindung aufgebaute Hochspannungswicklungen für Isoliergas füllen will, so wird ein Verfahren ange-Spannungswandler nicht nur bei Dauerbean- wendet, welches darin besteht, daß beim Wickelvorspruchung, sondern auch bei der Prüfbeanspruchung gang auf jede Drahtlage ein Isoliergas abspaltendes vollkommen glimmfrei sind, also keine Teilentla- 5° Treibmittel aufgebracht wird und nach Umgießen der düngen (Koronaerscheinungen) zeigen. Durch den Wicklung und Härten des sie gasdicht umhüllenden Aufbau gemäß der Erfindung wird trotz der Ernie- Gießharzes durch thermische Beanspruchung bis drigung der Lagenspannung und der dadurch beding- über Anspringtemperatur der Zerfall des Treibmittels ten Vergrößerung der Anzahl der Lagen der Raum- ausgelöst wird, wobei sich die Hohlräume mit dem bedarf praktisch nicht größer als bisher, weil einmal 55 Isoliergas unter Überdruck füllen. Geeignete Treibdie Lagenisolation entsprechend dünner gemacht wer- mittel, die möglichst vollständig und erst oberhalb den kann und zum andern durch die Verwendung der der Härtungstemperatur der Umgußhülle in Stickvorimprägnierten Papiere zur Lagenisolation die stoff oder Kohlendioxyd zerfallen, sind beispielsweise Stärke der einzelnen Isolationsschichten noch weiter Nitrile, Hydrazide oder Carbonate. Diese Treibmittel verringert werden kann. Infolge Wegfalls des Im- 60 werden zweckmäßig in Pulver- oder Körnchenform prägnierprozesses wird die Herstellung der umgösse- verwendet. Auf jede Drahtlage wird nach deren Benen Wicklungen gemäß der Erfindung zudem unver- streichen mit einem elektrisch isolierenden Haftmittel, gleichlich einfacher, billiger und in erheblich kürzerer z. B. einem Isolierlack od. dgl., wobei ein hauch-Zeit durchführbar als bei den bisher bekannten und dünner Haftmittelfilm entsteht, auf diesen das pulvergebräuchlichen Verfahren. Auch insoweit wird also 65 oder körnchenförmige Treibmittel in der erforderdurch die Erfindung ein wesentlicher Fortschritt liehen geringen Menge aufgestreut; danach wird die erzielt. Lagenisolation darüber gewickelt. Die erforderliche

In der Zeichnung ist schematisch als Ausführungs- Menge an Treibmittel richtet sich nach der Größe

des Volumens der Hohlräume und der gewünschten Druckhöhe des Isoliergases, das sich nachher, d. h. nach Härtung der Gießharzhülle, aus dem Treibmittel entwickelt. Je nach Höhe des Isoliergasdruckes wird die Teilentladungseinsatzspannung mehr oder minder stark angehoben.

Um zu erreichen, daß beim Umgießen der Wicklung das Gießharz wie beschrieben nur in die Randzonen der Wicklung eindringt, wird die Vergußviskosität der Gießharzmasse so eingestellt, daß beim Vakuumverguß zumindest die Zwischenräume im Bereich der über die Endwindungen der einzelnen Drahtlagen überstehenden Lagenisolationsränder gefüllt werden und bei der nachfolgenden Belüftung der Gießform durch den dabei entstehenden Druck die Gießharzmasse in die Randzonen der Drahtlagen eindringt. Die Belüftung darf erst dann erfolgen, wenn die Viskosität der unter Vakuum eingegossenen Gießharzmasse auf Grund der Härtungsreaktion entsprechend angestiegen ist. Dann reicht der Druck beim Beginn der Belüftung nur aus, um die Randzonen der Drahtlagen mit dem Gießharz zu füllen; die Gießharzmasse kann also nicht noch weiter ins Wicklungsinnere vordringen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mit duroplastischer Isoliermasse umgossene Lagenwicklung, insbesondere Hochspannungswicklung für Spannungswandler, mit einer Lagenisolation aus gasdurchlässigem Material, die über die Endwindungen der Wicklungslagen vorstehende Ränder aufweist, welche von der duroplastischen Isoliermasse durchtränkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagenisolation aus einem mit duroplastischem Isolierharz vorimprägnierten Papier besteht, dessen Harzanteil gehärtet ist, daß ferner die um die Lagenwicklung gegossene duroplastische Isoliermasse eine von den Endwindungen der Wicklungslagen zum Inneren der Lagenwicklung sich erstreckende Randzone hohlraumfrei ausfüllt und daß die Spannung zwischen benachbarten Wicklungslagen so gewählt ist, daß die im Inneren der Lagenwicklung verbleibenden kleinen Hohlräume sich im Teilentladungsverhalten nicht störend bemerkbar machen, oder /und daß diese Hohlräume, wie an sich bekannt, mit einem unter Überdruck stehenden Isoliergas gefüllt sind.

2. Lagenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Herabsetzung der Lagenspannung die Wicklung in an sich bekannter Weise aus zwei oder mehr gleichzeitig nebeneinander aufgewickelten Drähten, deren Anfänge und Enden jeweils miteinander verbunden sind, oder aus einem gesperrt gewickelten Draht oder aus zwei oder mehr in Richtung der Wicklungsachse nebeneinanderliegenden, einander parallelgeschalteten Wicklungsgruppen gleicher Windungszahl mit gemeinsamer durchgehender Lagenisolation besteht.

3. Lagenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzanteil des die Lagenisolation bildenden vorimprägnierten Papiers 20 bis 40 °/o beträgt.

4. Verfahren zum Füllen der im Inneren einer Lagenwicklung nach Anspruch 1 verbliebenen Hohlräume mit "einem unter Überdruck stehenden Isoliergas, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wickelvorgang auf jede Drahtlage ein Isoliergas abspaltendes Treibmittel aufgebracht wird und nach Umgießen der Wicklung und Härten der sie gasdicht umhüllenden Isoliermasse durch thermische Beanspruchung bis über Anspringtemperatur der Zerfall des Treibmittels ausgelöst wird, wobei sich die Hohlräume mit dem Isoliergas unter Überdruck füllen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen