DE3435404C2 - Lagenwicklung für einen Transformator oder eine Drosselspule - Google Patents
Lagenwicklung für einen Transformator oder eine DrosselspuleInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagenwicklung für
einen Transformator oder eine Drosselspule gemäß dem Oberbe
griff des Anspruches 1. Eine solche Lagenwicklung ist im we
sentlichen bekannt durch die DE-AS 18 11 797.
Es gibt Lagenwicklungen für übliche Transformatoren mit einem Lei
terdistanzierungsglied, welches mit einem Harz imprägnierbar
ist und bis zu 155°C temperaturbeständig ist. Der Auf
bau dieses Leiterdistanzierungsgliedes, das aus einem Glas
faserprodukt mit gleichmäßig verteilten Glasfasern bestehen
kann, ist jedoch so beschaffen, daß nur Harze ohne Füll
stoffe verwendet werden können. Infolge guter Imprägnierbar
keit entsteht aus dem Leiterdistanzierungsglied zusammen mit
dem Gießharz eine elektrisch hoch beanspruchbare Isolation.
Nachteilig ist jedoch, daß sich in der Isolation Räume oder
Ansammlungen aus reinem Harz bilden können. Solche mit rei
nem Harz gefüllten Räume können zur Bildung kleiner Hohl
räume in der Isolation führen, weil Harz ohne Füllstoffe
während des Gelier- und Härtungsvorganges schrumpft. Das
Auftreten solcher Hohlräume hat zur Folge, daß in der Isola
tion Glimmentladungen auftreten können.
Aus der DE-AS 18 11 797 ist eine gekapselte Spule für einen
Transformator bekannt, bei dem zwischen den Leiterlagen als
Lagenisolation eine Polyesterfasermatte eingelegt ist, die
aus geschnittenen Polyesterfasern besteht, die mittels eines
hitzebeständigen Harzes zu einer Isolierschicht verarbeitet
sind. Nach dem Wickeln der Spule wird diese mit Isolierharz
imprägniert, welches aufgrund der guten Kapillarwirkung der
Polyesterfasermatte in die vorhandenen Hohlräume eindringt,
wodurch die fertige Spule von solchen Hohlräumen frei ist.
Aus der DE-OS 23 28 652 ist eine Spule für einen Transforma
tor bekannt, bei der die einzelnen Lagen zwischen einer un
teren und einer oberen harzgetränkten Faden- oder Faser
strangwickelschicht eingebettet wird, wobei sich die Fäden
oder Faserstränge von Stirnseite zu Stirnseite der Wicklung
unter einem Winkel von beispielsweise 10-60° zur Spulen
längsachse spannen. Während des Wickelvorganges ist diese
Faden- oder Faserstrangwickelschicht noch naß, und erst nach
dem Wickeln findet die Aushärtung des Harzes statt. Durch
dieses Verfahren soll einerseits die Entstehung von Hohlräu
men in der Wicklungsisolation verhindert werden und anderer
seits eine gegenüber den Kurzschlußkräften des Transforma
tors stabile Wicklung geschaffen werden. Zwischen den ver
schiedenen in Faden- oder Faserstrangwickelschichten einge
betteten Leiterlagen sind in axialer Richtung verlaufende
Formstücke vorhanden, die zwischen sich Kanäle für ein flüs
siges oder gasförmiges Kühlmittel für die fertige Wicklung
bilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagenwicklung
der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welcher das
Auftreten von Räumen, die mit reinem Harz ohne Füllstoffe
gefüllt sind, vermieden wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Lagenwicklung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfin
dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge
nannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei
teren Ansprüchen genannt.
Die Lagenwicklung gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß in der Isolation keine Hohlräume auftreten, so daß
es auch nicht zu Glimmentladungen kommen kann. Die Isolation
und damit die Wicklung ist daher für hohe elektrische Bean
spruchungen geeignet.
Die Elemente, aus denen das Leiterdistanzierungsglied
aufgebaut ist, können u. a. aus Strängen aus mehreren
nebeneinander angeordneten losen Fasern aus Glas, Asbest
oder einem Polymer, wie z. B. Polyäthylenglykolterephthalat
oder Akrylat bestehen, vorzugsweise aus Fasern aus einem bis
wenigstens 155°C temperaturbeständigen Material.
Elemente in Form von Glasfaserrovings werden bevorzugt. Die
zu einem Strang gehörenden Fasern können zu einer Schnur
verbunden werden durch spiralförmig um den Strang
verlaufende Fäden oder durch einen die Fasern umgebenden
geflochtenen Strumpf, wobei die Fäden beziehungsweise der
Strumpf vorzugsweise aus demselben Material wie die Fasern
des Stranges bestehen. Die Stränge in dem Leiterdistan
zierungsglied können zu einem gewebten Produkt miteinander
verbunden sein, wobei die querverlaufenden Fäden erheblich
dünner als die Stränge selbst sind, so daß zwischen den
Strängen zusammenhängende Kanäle gebildet werden. Ein
bevorzugtes derartiges Produkt ist ein orientiertes
(unidirektionales), vorzugsweise aus Glasfasern bestehendes
Gewebe, in dem die Schußfäden wesentlich stärker als die
Kettfäden oder die Kettfäden wesentlich stärker als die
Schußfäden sind. Die Elemente sind genügend druckfest, um
die Leiter in den angrenzenden Lagen auf Abstand voneinander
zu halten. Die genannten Elemente haben in der Wicklung
zweckmäßigerweise eine Stärke, die in senkrechter und
seitlicher Richtung in dem Bereich von 0,5 bis 5 mm und vor
zugsweise in dem Bereich von 0,5 bis 2,5 mm liegt. Sie sind
in einem die Breite der Kanäle bestimmenden Abstand vonein
ander angeordnet, der zweckmäßigerweise 0,5 bis 20 mm und
vorzugsweise 0,5 bis 10 mm beträgt. Bei der Ausführungsform,
bei der die Elemente durch querlaufende Fäden zu einem
zusammenhängenden gewebten Produkt miteinander verbunden
sind, beträgt die Stärke der querverlaufenden Fäden
höchstens die Hälfte, vorzugsweise höchstens ein Viertel,
der Stärke der Elemente.
Das Leiterdistanzierungsglied gemäß der Erfindung wird vor
zugsweise in Lagenwicklungen mit runden oder bandförmigen
(mit rechteckigem Querschnitt) Leitern aus Kupfer oder
Aluminium verwendet. Der Leiter ist dabei mit einem Lack
isoliert, der mindestens bis 155°C temperaturbeständig
ist, wie z. B. ein Lack aus Polyesterimid, Terephthalsäure
alkyd oder Polyurethan.
Das Gießharz, das zusammen mit dem Leiterdistanzierungsglied
verwendet werden soll, ist ein lösungsmittelfreies Harz, das
einen Füllstoff enthält. Das lösungsmittelfreie Harz kann
u. a. ein Epoxyharz, ein ungesättigtes Esterharz oder ein
Polyurethanharz sein, insbesondere ein solches, das
mindestens bis 155°C temperaturbeständig ist. Als
Beispiel für geeignete Füllstoffe, die vorzugsweise aus
anorganischem Material bestehen, können pulverförmige
Füllstoffe, wie Quarz, Aluminiumoxyd, Glimmermehl, Kaolin,
Kalk und Kreide sowie fibröse Füllstoffe, wie kurze Fasern
(<5 mm) aus Glas oder Asbest genannt werden. Der Gehalt an
Füllstoff beträgt zweckmäßigerweise 20 bis 50 Prozent und
vorzugsweise 35 bis 45 Prozent des Volumens von Harz und
Füllstoff zusammen. Der Gehalt an Füllstoff kann so bemessen
werden, daß die Elemente in dem Leiterdistanzierungsglied
mit reinem Harz imprägniert werden, während die Kanäle
zwischen den Elementen mit füllstoffhaltigem Harz ausgefüllt
werden.
Beim Gießen wird die Wicklung in einer Gießform plaziert,
und das füllstoffhaltige Harz wird eingefüllt. Das Harz füllt
dabei den Raum zwischen der Form und der Wicklung aus und
dringt zwischen die Leiterlagen. Dort füllt es die Kanäle
zwischen den langgestreckten Elementen der Leiterdistan
zierungsglieder aus und dringt in das Leiterdistanzierungs
glied selbst ein. Hierdurch wird erreicht, daß das Leiter
distanzierungsglied kein Teil enthält, das sich hinsichtlich
seiner Isoliereigenschaften von dem Gießharzkörper in seiner
Gesamtheit wesentlich unterscheidet. Das Eindringen des
Harzes in die Kanäle und die Leiterdistanzierungsglieder
kann durch die Anwendung von Vakuum und Erwärmung des Harzes
beim Gießen erleichtert werden. Das Eingießen von Schaltver
bindungen zwischen Wicklungsteilen und Anschlußgewinde
stücken bereitet keine Probleme.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematisiert darge
stellte Lagenwicklung,
Fig. 2 einen Teil eines Schnittes längs der Linie A-A in
Fig. 1,
Fig. 3 schematisch in Seitenansicht eine Ausführungsform
einer Lagenwicklung gemäß der Erfindung während der
Herstellung,
Fig. 4 im Querschnitt den Bereich zwischen zwei Leiterlagen
in einer Wicklung der in Fig. 3 gezeigten Art.
Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Hochspannungslagen
wicklung für einen Transformator ist der Abstand der Leiter
benachbarter Lagen mit 1 bezeichnet und der Leiter mit 2.
Die Leiter sind in Längsrichtung der Wicklung dicht neben
einanderliegend in Lagen 3 gewickelt. Zwischen benachbarten
Lagen ist ein Leiterdistanzierungsglied vorgesehen, welches
die Leiterlagen in radialer Richtung in einem vorgegebenen
Abstand voneinander hält. Aufgrund des Aufbaus des Leiter
distanzierungsglieds aus langgestreckten, imprägnierbaren
Elementen 4, die zwischeneinander Kanäle 5 bilden, werden alle
Räume in der Wicklung mit Füllstoff enthaltendem Harz 6
gefüllt, wobei zugleich das Distanzierungsglied imprägniert
wird.
In der in Fig. 3 schematisch gezeigten, im Herstellungs-
Stadium befindlichen Wicklung ist für die Wicklung ein
Rahmen 7 vorhanden, der mit radial vorstehenden Stiften 8 an
den Enden versehen ist. Das Leiterdistanzierungsglied wird
aus Glasfaserrovings 4 gebildet, die in im wesentlichen
axialer Richtung der Wicklung in einer hin- und hergehenden
Bewegung aufgebracht werden und an den Enden des Rahmens um
die Stifte herumgeführt werden. Die Glasfaserrovings werden
in einer weitmaschigen Struktur unter Bildung von Kanälen
zwischeneinander angeordnet.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel verändert
sich die Dicke des Glasfaserrovings 4 in Richtung von dem
einen zum anderen axialen Ende der Wicklung. Dies kann
dadurch erreicht werden, daß die Menge der im Glasfaser
roving enthaltenen Glasfasern in Richtung von links nach
rechts im Sinne der Figur größer wird. Eine andere
Möglichkeit besteht darin, daß ein Draht unter sukzessiv
festerem Anziehen in der genannten Richtung wendelförmig um
den Glasfaserroving gewickelt wird, so daß die Glasfaser
rovings beim Wickeln des Leiterdrahtes an dem rechten Ende
weniger flachdrückbar sind als an dem linken Ende. Durch die
Anwendung der beschriebenen Technik kann die Dicke der
Isolation zwischen den Wicklungslagen der herrschenden
elektrischen Beanspruchung angepaßt werden, also in axialer
Richtung von dem einen zum anderen Ende der Wicklung sich
verändern. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der
Leiter in der oberen Lage von rechts nach links und in der
unteren Lage von links nach rechts gewickelt, so daß am
linken Ende die geringste elektrische Beanspruchung zwischen
den benachbarten Lagen auftritt.
Ein 3 mm starkes Rohr mit einem Innendurchmesser von 60 cm
und einer Länge von 80 cm dient als Wicklungskörper
(Wicklungsrahmen). Das Rohr besteht aus glasfaserarmiertem
Epoxyharz. Auf das Rohr wird ein lackierter Kupferdraht
(Leiter) mit einem Durchmesser von 4 mm gewickelt. Der
Leiterdraht wird mit einer Vielzahl von Windungen pro Lage
gewickelt. Danach wird ein weitmaschiges orientiertes
Glasgewebe eingelegt, das alle um das Rohr gewickelten
Leiterwindungen gut bedeckt. Das Glasgewebe besteht aus
parallelen Rovingsträngen mit einer Stärke entsprechend 4800 g pro
km, die in einem Abstand von 1,5 mm voneinander angeordnet
sind, sowie aus senkrecht dazu weitmaschig angeordneten
Glasfaserfäden mit einer Stärke entsprechend 320 g pro km. Die groben
Rovingstränge liegen senkrecht zu dem Kupferdraht und
ergeben einen Abstand von 1,0 mm zwischen den Leiterlagen.
Danach wird eine weitere Lage mit einer Vielzahl von
Windungen des lackierten Kupferdrahtes auf das Glasgewebe
gewickelt. Dann wird ein weiteres in gleicher Weise wie
zuvor aufgebautes Glasgewebe auf dieser Lage aufgebracht,
wonach eine weitere Lage aus Kupferdraht gewickelt wird. Die
fertig gewickelte Spule besteht aus 4 Lagen Kupferdraht mit
einem weitmaschigem Glasgewebe zwischen den benachbarten
Lagen. Die Spule wird dann in einer aus dünnem Eisenblech
bestehenden Gießform plaziert. Das Ganze wird in einen
Vakuumofen gebracht und 10 Stunden lang auf 90° C erhitzt.
Danach wird der Ofen zwei Stunden lang vakuumgesaugt, wonach
ein warmes, entgastes, quarzmehlgefülltes Epoxyharz in die
Gießform gegossen wird. Das Epoxyharz besteht aus 100
Gewichtsteilen eines Bisphenol-Harzes,
100 Gewichtsteilen eines Anhydrid-Härters,
1 Gewichtsteil Aminakzelerator
und 300 Gewichtsteilen (entspre
chend 40 Volumenprozent) Quarzmehl. Wenn die Wicklung
vollständig mit dem Harz bedeckt ist, wird Luft mit
Atmoshärendruck eingelassen. Das quarzmehlgefüllte Harz
dringt nun zwischen die groben Rovingstränge und füllt alle
Hohlräume zwischen diesen aus, wobei das Harz zwischen die
Glasfasern der Glasfaserrovings dringt und die Zwischenräume
zwischen diesen Fasern vollständig ausfüllt, während das Quarz
pulver abgesiebt (abgestreift) wird und auf der Außenseite
des Rovings liegen bleibt. Danach wird die Temperatur im
Ofen auf 120° C erhöht, wobei das Harz geliert und
aushärtet. Die Struktur ist vollständig mit festem Material
ausgefüllt und porenfrei. Das Harz ist überall mit Quarz
pulver oder Glasfasern gefüllt, so daß keine ungefüllten
Harzbereiche vorkommen, in denen Risse und Blasen auftreten
können, in denen es bei der elektrischer Beanspruchung zu
partiellen Entladungen kommen könnte. Die Wicklung wird als
Hochspannungswicklung für einen lagengewickelten Transfor
mator verwendet.
Eine Wicklung wird in gleicher Weise wie im Beispiel 1
hergestellt, doch statt des beschriebenen Glasgewebes wird
eine Glasfaserschnur mit einer Stärke entsprechend 5000 g pro km
verwendet, die zwischen den axialen Enden der Wicklung hin
und her laufend praktisch senkrecht zum Leiterdraht
angebracht wird, so wie es in Fig. 2 erkennbar ist. Die
Glasfaserschnur besteht aus einem Roving mit einer Stärke entsprechend
4800 g pro km, um das ein Glasfaserfaden wendelförmig
mit gleichmäßiger Steigung in Längsrichtung gewickelt ist.
Eine Wicklung wird in gleicher Weise wie im Beispiel 2
hergestellt, doch statt des wendelförmig angebrachten
Glasfaserfadens mit gleichmäßiger Steigung wird ein
Glasfaserfaden mit unterschiedlicher Steigung um den Glas
faserroving gewickelt. Wenn auf diesen Roving durch die
Leiterlage an allen Stellen derselbe Druck ausgeübt wird,
dann nimmt der Glasfaserroving eine in Längsrichtung sich
verändernde Dicke an, entsprechend der Dichte der Umwicklung
durch den Glasfaserfaden. Auf diese Weise kann, wie in Fig.
4 dargestellt, die Dicke der Isolation zwischen den Leiter
lagen der elektrischen Beanspruchung angepaßt werden.
Durch die Erfindung ist es möglich, bei in Harz eingegos
senen Wicklungen die Vorteile der Verwendung einer Glas
faserverstärkung und die Vorteile der Verwendung füll
stoffhaltiger Harze zu kombinieren und so Wicklungen
erheblich besserer Qualität herzustellen, als dies bisher
möglich war. Zugleich wird das Herstellungsverfahren verein
facht.
Claims (3)
1. Lagenwicklung für einen Transformator oder eine Drossel
spule, welche mit einem füllstoffhaltigen Harz vergossen ist
und Leiterdistanzierungsglieder enthält, die aus einem mit
Harz imprägnierbaren Fasermaterial in langgestreckter Form
bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leiterdistanzierungsglieder aus strangförmigen Elementen
(4) aus dem imprägnierbaren Material aufgebaut sind, die im
wesentlichen in axialer Richtung der Wicklung verlaufen, und
daß die Elemente (4) unter Bildung von Kanälen zwischenein
ander auf Abstand voneinander derart angeordnet sind, daß
die Kanäle sich zumindest bis zu einer der Stirnseiten der
Lagenwicklung erstrecken, damit das Eindringen des füll
stoffhaltigen Harzes in die Wicklung ermöglicht ist.
2. Lagenwicklung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die strangförmigen Elemente (4)
aus Glasfaserrovings bestehen.
3. Lagenwicklung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Glasfaserrovings mittels
querverlaufender Fäden zu einem zusammenhängenden gewebten
Produkt (Matte) verbunden sind, wobei die querverlaufenden
Fäden erheblich dünner als die Glasfaserrovings sind.
Applications Claiming Priority (1)
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- 1984-09-27 DE DE19843435404 patent/DE3435404C2/de not_active Expired - Fee Related
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SE8305501L (sv) | 1985-04-07 |
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