DE3910591A1

DE3910591A1 - Wicklung fuer einen induktiven elektrischen apparat

Info

Publication number: DE3910591A1
Application number: DE19893910591
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Dunz; Bernhard Dr Fruth; Martin Haessig; Ludger Dr Ullrich
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1989-04-01
Filing date: 1989-04-01
Publication date: 1990-10-04

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Wicklung für einen induktiven elektrischen Apparat gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Stand der Technik

Hierbei nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik von Wicklungen, wie er etwa in der CH-665 053 A5 beschrieben ist. Die bekannten Wicklungen sind als Reaktanzen eines Hoch spannungsnetzes, beispielsweise als Transformator oder Reaktor, ausgeführt. Bei Schaltvorgängen im Netz können Rückzündungen über einem Schaltelement auftreten. Mit den Rückzündungen verbunden sind hochfrequente Rückzündungsschwingungen großer Steilheit, welche die Isolationen der Wicklungen in lokalen Bereichen überbeanspruchen können. Die Wirkung dieser Schwingungen muß durch vergleichsweise aufwendige Mittel, wie spannungsbegrenzende nichtlineare Widerstände über dem Schalt element, herabgesetzt werden.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, löst die Aufgabe, eine Wicklung der eingangs genannten Art anzuge ben, welche ohne Beschädigung ihrer Isolation mit impulsförmi gen Überspannungen großer Steilheit belastbar ist.

Die Wicklung nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber einer vergleichbaren Wicklung gleicher Isolationsdicke nach dem Stand der Technik durch eine erheblich verbesserte Spannungsfestigkeit bei Beanspruchung mit impulsförmigen Überspannungen großer Steilheit aus. Überschläge längs der Wicklung und eine damit verbundene Zerstörung der Wicklungsisolation werden vermieden. Dies ist dadurch bedingt, daß durch Erhöhung der Di elektrizitätskonstanten der Wicklungsisolation die Kapazitäten der Wicklungswindungen untereinander vergrößert werden, wo durch die Spannungsverteilung über der Wicklung linearisiert wird und damit Überhöhungen der elektrischen Feldstärke in lo kalen Bereichen der Wicklung weitgehend ausgeschlossen werden. Nach der Erfindung ausgebildete Wicklungen können mit Vorteil in allen induktiv belasteten Apparaten, wie rotierenden elek trischen Maschinen, Transformatoren oder Hoch spannungsreaktoren, verwendet werden, welche im Betrieb mit impulsförmigen Überspannungen großer Steilheit belastet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt die einzige Figur einen quer durch die Windungen einer Wicklung nach der Erfindung geführten Schnitt und die Vertei lung des elektrischen Feldes längs dieser Wicklung und längs einer vergleichbar dimensionierten Wicklung nach dem Stand der Technik.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In der Figur sind vier übereinander angeordnete Windungen 1, 2, 3, 4 einer Wicklung nach der Erfindung dargestellt. Die Windungen 1, 2, 3 und 4 weisen jeweils einen gemeinsamen schrau benlinienförmig gewundenen Leiter 5 von rechteckigem Quer schnitt auf, welcher an der Windung 1 mit einer Impulsquelle 6 und an der Windung 4 mit Erde verbunden ist. Der Leiter 5 ist in jeder Windung, z. B. 2, von einer Isolation 7 umgeben. Diese Isolation enthält ein gleichmäßig über alle Windungen 1, 2, 3 und 4 verteiltes Material mit einer gegenüber üblichen Iso lierstoffen vergleichsweise hohen, vorzugsweise größer sechs betragenden, Dielektrizitätskonstanten. Die Isolation 7 ist umgeben von einer Schutzschicht 8 aus einem elektrisch isolie renden Material, z. B. einem mit einem Metalloxidpulver, wie Eisen- oder Aluminiumoxid, gefüllten organischen Polymer, wie Polyimid. Diese Schutzschicht 8 dient der Erhöhung der Teil entladungsresistenz der Wicklung und kann zugleich zur Verkle bung der gegebenenfalls aus Bandlagen bestehenden Isolation 7 verwendet werden.

Die Wirkungsweise der Wicklung nach der Erfindung ist wie folgt:

Bei einer Beanspruchung einer Wicklung nach dem Stand der Technik mit einer Isolation mit einer vergleichsweise kleinen, höchstens drei oder vier betragenden, Dielektrizitätskonstanten mit impulsförmigen Überspannungen kann es zu nichtlinearen Spannungsverteilungen in lokalen Bereichen der Wicklung kommen, welche zu Überschlägen längs der Wicklung führen und die Isolation zerstören können. Die nichtlineare Spannungsver teilung resultiert aus den gerätespezifischen Induktivitäten der Wicklung und den Kapazitäten der Windungen der Wicklung untereinander.

Bei einer entsprechenden Beanspruchung einer geometrisch ent sprechend dimensionierten Wicklung nach der Erfindung, etwa mit einer impulsförmigen Überspannung aus der Impulsquelle 6, führt die gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise hohe Dielektrizitätskonstante der Isolation 7 zur Vergrößerung der Kapazitäten der Windungen 1, 2, 3, 4 der Wicklung untereinander. Hierdurch wird - wie aus Kurve I in der Figur ersichtlich ist - die elektrische Feldstärke E und damit die Spannungsverteilung in Längsrichtung d der Wicklung gegenüber den vergleichbaren Größen der Wicklung nach dem Stand der Technik (Kurve II) linearisiert und so die Feldstärkebeanspruchung in lokalen Bereichen der Wicklung, insbesondere an der Windung 1, redu ziert. Die Wicklung nach der Erfindung zeichnet sich daher ge genüber einer geometrisch gleich dimensionierten Wicklung nach dem Stand der Technik durch eine erheblich verbesserte Span nungsfestigkeit bei Belastung mit impulsförmigen Überspannungen aus.

Das Material für die Isolation 7 der Wicklung nach der Erfin dung kann eine elektrisch isolierende Kunststoffolie mit hoher intrinsischer Dielektrizitätskonstante sein, wie vorzugsweise Polyvinylidenfluorid, kann aber auch ein ferroelektrisches Ke ramikpulver, vorzugsweise auf der Basis Titandioxid und/oder eines oder mehrerer Titanate, wie Bariumtitanat, enthalten.

Zur Erzielung einer besonders guten Wirkung kann das ferro elektrische Keramikpulver in die elektrische isolierende Kunst stoffolie hoher intrinsischer Dielektrizitätskonstanten, wie etwa diejenige auf der Basis Polyvinylidenfluorid, eingebettet sein. Für die meisten Anwendungen reicht es aber aus, wenn das ferroelektrische Keramikpulver in eine elektrisch isolierende Kunststoffolie oder einen elektrisch isolierenden Körper auf der Basis eines üblichen Isolierstoffes, wie etwa eines Polymers aus Polyester, Polyimid, Polyimidamid, Polykarbonat oder Epoxid eingebettet ist. Der prozentuelle Anteil des eingebetteten Keramikpulvers liegt dabei je nach Dielektrizitätskonstante zwischen 0,5 und 20 Gewichtsprozent des in der Isolation 7 verwendeten vorzugsweise polymeren organischen Isolierstoffs.

Claims

1. Wicklung für einen induktiv belastbaren elektrischen Ap parat mit Windungen (1, 2, 3, 4), die gebildet sind von einem elektrischen Leiter (5) und einer den Leiter (5) umgebenden Isolation (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (7) ein gleichmäßig über die Windungen verteiltes Material mit einer Dielektrizitätskonstanten größer sechs enthält.

2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material eine Folie mit hoher intrinsischer Dielek trizitätskonstante vorgesehen ist.

3. Wicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie ein Polymer, vorzugsweise auf der Basis Polyvi nylidenfluorid enthält.

4. Wicklung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Material ferroelektrisches Keramikpul ver enthält.

5. Wicklung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikpulver Titanate und/oder Titanoxid enthält.

6. Wicklung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Isolation (7) eine Schutzschicht (8) mit einer feldstärkeabhängigen Leitfähigkeit aufge bracht ist.