DE4438187A1

DE4438187A1 - Elektrischer Leiter für Wicklungen mit verteiltem Überspannungsschutz

Info

Publication number: DE4438187A1
Application number: DE19944438187
Authority: DE
Inventors: Kurt Zerzawy
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1996-05-02

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter für Wicklungen, insbesondere von Transformatoren und rotie renden Maschinen, nach dem Oberbegriff des ersten An spruchs.

Stand der Technik

Ein solcher Leiter ist zum Beispiel aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A1-0 030 338 bzw. dem Europäischen Pa tent EP-B1-0 116 367 bekannt. Da die Leiter einer Wick lung übereinander liegen, müssen sie unter sich und ge genüber einem allfälligen Gehäuse isoliert sein. Dies wird nach dem Stand der Technik durch isolierende Schich ten zwischen den Leitern bzw. zwischen den Leitern und dem Gehäuse erreicht, wobei die Schichten die Leiter um manteln oder zwischen zwei benachbarten Leitern eingelegt sind.

Untersuchungen an Transformatoren, die in elektrische Lo komotiven eingesetzt werden, haben ergeben, daß durch hochfrequente Spannungen, die durch einen Lichtbogen beim Einschalten z. B. eines Vakuumschalters erzeugt werden, Überschläge in der Isolation eines Transformators auftre ten können. Die Überschläge treten insbesondere zwischen zwei benachbarten Leitern bzw. von einem Leiter zum Ge häuse auf. Aus diesem Grund müssen sowohl die Primär- wie die Sekundärseite des Transformators mit Überspannungsab leitern geschützt werden. Diese hochfrequenten Überspan nungen können ein Vielfaches der Nennspannung annehmen und sind insbesondere wegen der immer vorhandenen Streu kapazitäten des Transformators sehr gefährlich.

Bei den untersuchten Transformatoren fand man aufgrund der Überschläge im Transformator selber lokale Beschädi gungen der Isolationsschicht. Diese Beschädigungen ver mindern die Lebensdauer eines Transformators erheblich. Ähnliche Beobachtungen wurden im übrigen auch bei Wick lungen rotierender elektrischer Maschinen gemacht.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektri schen Leiter für Wicklungen anzugeben, bei welchem lokale Überschläge in der Wicklung vermieden werden können. Dies ermöglicht den Verzicht auf spezielle Überspannungsablei ter und öffnet damit den Weg zu einer kompakteren, ko stengünstigeren und zuverlässigeren Bauweise.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Leiter der ein gangs genannten Art durch die Merkmale des ersten An spruchs gelöst.

Kern der Erfindung ist es also, daß der Überspannungs schutz im Transformator integriert und auf die Leiter verteilt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die die Leiter umhüllende Schicht bzw. die zwischen zwei benach barte Leiter gelegte Schicht aus einem Material besteht, welches eine spannungsbegrenzende Strom-Spannungskennli nie z. B. ähnlich einem Varistor aufweist. Die Schicht nach der Erfindung liegt direkt an die Leiter an und be ginnt ab einer bestimmten Spannung zu leiten. Auf diese Art werden Überspannungen direkt in der Wicklung abgelei tet und ein lokale Beschädigung der Isolationsschicht ist ausgeschlossen. Der integrierte Überspannungsschutz ist frequenzunabhängig, so daß auf eine spezielle Beschal tung mit Überspannungsableitern verzichtet werden kann.

Als Material für die Schicht nach der Erfindung wird vor zugsweise Zinkoxid (ZnO) oder Siliziumkarbid (SiC) ver wendet.

Der Vorteil eines erfindungsgemäßen Leiters besteht ins besondere darin, daß die Lebensdauer der mit einem sol chen Leiter bewickelten Maschinen zunimmt, da Überschläge in der Wicklung nicht mehr auftreten, sondern die verur sachende Überspannung lokal begrenzt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1 Zwei benachbarte Leiter einer Wicklung, die mit einer Schicht nach der Erfindung ummantelt sind;

Fig. 2 Mehrere Leiter einer Wicklung, zwischen welchen eine Schicht nach der Erfindung eingefügt ist;

Fig. 3 Eine Ersatzschaltung einer Anordnung z. B. nach Fig. 1;

Fig. 4 Eine Ersatzschaltung einer Anordnung z. B. nach Fig. 2;

Fig. 5 Eine Strom-Spannungskennlinie eines Materials, das für eine Schicht nach der Erfindung verwen det werden kann;

Fig. 6a, b Einen möglichen Aufbau einer Schicht nach der Erfindung.

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und de ren Bedeutung sind in der Bezeichnungsliste zusammengefaßt aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt zwei elektrische Leiter 1, welche z. B. in einer Wicklung übereinanderliegen. Die Leiter 1 sind mit einer Schicht 2 umgeben, welche nach der Erfindung aus einem Material mit einer spannungsbegrenzenden Strom- Spannungscharakteristik z. B. ähnlich einem Varistor be steht. Fig. 5 zeigt eine solche Stroms-Spannungscharak teristik. Bis zu einer bestimmten, materialbedingten Spannung U1 ist der Widerstand der Schicht 1 sehr groß. Sobald die Spannung U den Wert U1 überschreitet, steigt der Strom I drastisch an, d. h. der Widerstand nimmt ab. Derartige Kennlinien weisen z. B. die Materialien Zinkoxid (ZnO) und Siliziumkarbid (SiC) auf.

Verwendet man wie nach der Erfindung für die Schicht 2 zwischen den Leitern 1 Materialien mit einer solchen Cha rakteristik, so werden Überspannungen, welche wie ein gangs erläutert wurde Überschläge in der Isolation her vorrufen können, begrenzt.

In Fig. 2 ist ein weiteres Beispiel für die Anordnung einer Schicht 2 nach der Erfindung dargestellt. Hier sind die Leiter 1 nicht mit der Schicht 2 ummantelt, sondern zwischen zwei in der Figur horizontal nebeneinanderlie genden Leitern 1 ist immer eine Schicht 2 eingelegt. Ebenso kann zwischen zwei Wicklungssträngen eine derar tige Schicht 2 vorgesehen sein.

Als Ersatzschaltbild ergeben sich dann die Anordnungen, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Die Wicklungen sind als Induktivitäten dargestellt und die dazwischenliegenden halbleitenden Schichten als span nungsabhängige Widerstände. Wie man sieht, sind in Fig. 3 alle Wicklungen unter- und gegeneinander mit spannungs abhängigen Widerständen, welche erst ab einer bestimmten Spannung zu leiten beginnen (Varistor Charakteristik) verbunden. In Fig. 4 ist außerdem der Fall dargestellt, bei welchem die Wicklungen oder Induktivitäten auch ge genüber einem leitenden Gehäuse über eine halbleitende Schicht nach der Erfindung (Varistor) verbunden sind.

Die Fig. 6a und 6b zeigen schließlich zwei Varianten, wie ein Schicht 2 nach der Erfindung aufgebaut sein kann. Da die Verbindung ZnO und SiC recht spröde sind und nicht einfach gebogen werden können, ist es von Vorteil, wenn das halbleitende Material 4 auf einen flexiblen, elek trisch leitenden Träger 3 aufgebracht wird (Fig. 6b) bzw. von einem derartigen Träger umgeben ist (Fig. 6a). Die Träger 3 müssen elektrisch leitend sein, da sonst kein elektrischer Kontakt zum halbleitenden Material 4 hergestellt wird. Eine weitere Variante besteht darin, daß ein Band, z. B. ein Textilband vorgesehen ist, wel ches mit dem halbleitenden Material, ggfs. unter Benut zung eines Harzes oder einer öl- oder fettartigen Sub stanz, getränkt wird. Die Leiter 1 werden dann mit derar tigen Bändern umwickelt oder die Bänder werden zwischen die Leiter 1 gelegt.

Um die halbleitende Schicht 2 direkt auf den Leiter 1 zu bringen, wird vorzugsweise, ggfs. nach einer Oberflächen behandlung (Aufrauhen der Oberfläche), ein Sinterprozeß verwendet. Eine weitere Variante ist Flammspritzen.

Insgesamt steht also mit der Erfindung ein Leiter für Wicklungen aller Art zur Verfügung, welcher schädliche Überspannungen abzuleiten vermag, so daß die Isolation zwischen den Leitern nicht beschädigt wird.

Bezugszeichenliste

1 Leiter
2 isolierende Schicht
3 Träger
4 halbleitendes Material
U, U1 Spannung
I Strom

Claims

1. Elektrischer Leiter (1) für Wicklungen mit minde stens einer Windung, insbesondere von Transformato ren und rotierenden Maschinen, mit einer isolieren den Schicht (2), welche den Leiter (1) umgibt und/oder zwischen die Leiter (1) zweier benachbarter Windungen eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) aus einem halbleitenden Mate rial besteht, welches eine spannungsbegrenzende Cha rakteristik aufweist.

2. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schicht (2) im wesentlichen aus Zinkoxid oder Siliziumkarbid besteht.

3. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) ein Band umfaßt, welches mit dem halbleitenden Material ge tränkt ist.

4. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) einen elek trisch leitenden Träger umfaßt, auf welchen das halbleitende Material aufgebracht ist.

5. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das halbleitende Mate rial eine Strom-Spannungskennlinie ähnlich einem Va ristor aufweist.