DE4445423A1 - Verfahren zum Herstellen von Wicklungen für einen Trockentransformator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wick­ lungsblocks eines Trockentransformators für den Einsatz als Ver­ teilungstransformator mit jeweils einer Wicklung für die Unter­ spannung (US-Wicklung) und für die Oberspannung (OS-Wicklung), die jeweils gegeneinander sowie lagenweise untereinander elek­ trisch isoliert sind, indem zunächst die Wicklung für die Unter­ spannung aus elektrisch leitendem Draht oder Bandmaterial herge­ stellt und mit einer Isolationsschicht aus harzgetränkten Faser­ material, z. B. Rovings, umwickelt wird, worauf dann lagenweise die Wicklung für die Oberspannung aufgebaut wird, deren einzelne Lagen jeweils mittels harzgetränkter Faserrovings gegeneinander isoliert werden, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Trockentransformator.

Trockentransformatoren sind an sich bekannt. Bei dieser Art von Transformator wird die im Betrieb auftretende Verlustwärme un­ mittelbar an die Umgebungsluft abgegeben im Unterschied zu soge­ nannten Öltransformatoren, bei welchen die Transformatorspulen in einem mit Isolieröl gefüllten Behälter angeordnet sind und das Isolieröl die zusätzliche Funktion als Wärmeträger übernimmt und die Verlustwärme an die häufig gerippte, mit der Umgebungs­ luft in Verbindung stehende Behälterwand überträgt.

Ein weiterer Unterschied, die Isolation zwischen den einzelnen Wicklungslagen jeder Spule betreffend, besteht darin, daß bei den Trockentransformatoren der die Öltransformatoren gegen Ein­ wirkungen von außen schützende Blechmantel entfällt. Demgemäß müssen die Spulen der Trockentransformatoren beziehungsweise de­ ren Oberfläche einen vergleichbaren Schutz aufweisen, ohne daß die Wärmeabfuhr hierdurch wesentlich beeinträchtigt ist.

Um den vorstehenden Anforderungen zu entsprechen, können die Wicklungen der Spulen von Trockentransformatoren bekannterweise mit kunstharzgetränkten Faserrovings, vorzugsweise aus Glasfa­ sern, umwickelt werden. Dabei werden diese Faserrovings jeweils lagenweise aufgebracht und dienen so auch zur Isolation der ein­ zelnen Wicklungslagen untereinander. Das Aufbringen der einzel­ nen Drahtlagen und der Isolierlagen erfolgt im allgemeinen mit Hilfe sogenannter Wickelvorrichtungen, die ähnlich wie eine Drehbank gestaltet sind, wobei der spätere Spulenkörper zwischen einem Spindelstock und einem Reitstock eingespannt ist und der Wicklungsdraht und die Faserrovings jeweils von der Seite über einen supportähnlichen Führungsschlitten zugeführt werden.

Um eine möglichst gleichmäßige Ausbildung des elektromagnetischen Feldes der einzelnen Spulen zu erreichen, werden die Oberspan­ nungswicklungen der Transformatorspulen vorzugsweise in Form so­ genannter Gruppenwicklungen aufgebaut. Dabei sind die Wicklungs­ lagen in bezug auf die gesamte Spulenlänge aufgeteilt in mehrere nebeneinander befindliche Gruppen, die jedoch elektrisch mitein­ ander in Serie geschaltet sind. Dies wiederum erfordert beim Aufbau der einzelnen Wicklungslagen jeweils eine Auftrennung der Wicklung, das heißt das Abschneiden des dieser Lage zugeordneten Wicklungsdrahtes, und nach erfolgtem Aufbringen der jeweiligen zugeordneten Isolierlage die galvanische Verbindung der Drahten­ den miteinander, was üblicherweise mittels Lötverbindung er­ folgt.

Diese Prozedur ist sehr zeitaufwendig und personalintensiv. Sie erfordert darüberhinaus eine erhöhte Aufmerksamkeit der hiermit befaßten Person.

Ausgehend von dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach durchführbar ist und die aufgezeigten Schwierigkeiten vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Dementsprechend ist vor­ gesehen, daß vor dem Aufbringen der US-Wicklung die für die La­ genisolierung maximal erforderliche Isolierdicke und die dieser Isolierdicke entsprechende Anzahl von Faserrovings bestimmt wird, daß die Herstellung jeder Wicklungslage und der zugehöri­ gen Isolierlage gleichzeitig mit räumlichem Versatz zueinander erfolgt und daß die Einstellung der erforderlichen Isolierdicke einerseits über den Wickelvorschub der Faserrovings und anderer­ seits über deren Anzahl erfolgt.

Damit ist eine quasi stufenlose Anpassung der Isolierdicke der Isolierlagen an die jeweiligen Erfordernisse gewährleistet. Dar­ überhinaus ist neben den rein auf die Fertigungssicherheit bezo­ genen Gesichtspunkten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein erheblicher Zeitgewinn verbunden, da einzelne Fertigungsab­ schnitte bei der Herstellung der Gruppenwicklungen, zum Beispiel die Herstellung der jeweiligen Lötverbindungen, entfallen kön­ nen.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung er­ weist es sich als günstig, daß die zur Bildung der Isolierlage vorgesehenen Faserrovings vor dem Aufbringen der Wicklungslage aufgebracht werden. Dabei wird die größte Isolierdicke einer Isolierlage bei einer Umdrehung mit dem Vorschub 0 erreicht, das heißt, wenn die Wicklung eine volle Umdrehung vollzieht, ohne daß eine Längsverlagerung des Faserrovings einhergeht. Anderer­ seits bedeutet dies auch, daß lediglich durch unterschiedlichen Vorschub eine unterschiedliche Schichtdicke der Isolierlagen hergestellt werden kann, wobei jede vollständige Isolierlage in einem Arbeitsgang, das heißt ohne Rücklauf, aufgebaut wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß die Wicklungslagen block­ weise als sogenannte Gruppenwicklungen aufgebracht werden. Gege­ benenfalls kann bei der Herstellung der Gruppenwicklungen eine Lötverbindung erforderlich sein, nämlich wenn die gleichzeitige Herstellung jeder Gruppenwicklung eines Spulenkörpers infolge unzureichender maschineller Ausstattung nicht möglich ist.

Um Probleme beim Betrieb des Trockentransformators, zum Beispiel infolge einer aus einer Feldlinienverdichtung resultierenden un­ zureichenden Isolierdicke, von vornherein zu vermeiden, erweist es sich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung als zweckmäßig, daß die Isolierlagen über die gesamte Wicklungslänge oder nur in den Randbereichen durch variablen Vorschub keilförmig ausge­ bildet werden, um so die erforderliche Isolierdicke einzuhalten. Auch die Herstellung der keilförmigen Wicklungsgeometrie ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos möglich.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die fertige Oberspannungswicklung mit mehreren Isolierlagen überdeckt wird, die abwechselnd parallel und kreuz­ weise zueinander aufgebracht werden. Diese Verfahrensweise dient vor allem der mechanischen Absicherung der Spule, das heißt ge­ gen mechanische Reaktionskräfte, die beim Betrieb des Transfor­ mators, nämlich in bestimmten besonderen Betriebs- bzw. Störbetriebszuständen, zum Beispiel Kurzschluß, auftreten kön­ nen. Mit Hilfe des angegebenen Aufbaus der Deck-Isolationslagen ist sichergestellt, daß die Geometrie der Spulenwicklung sich nicht verändert, was wiederum zu erheblichen Folgeproblemen füh­ ren könnte.

In weiterer Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens er­ folgt die Herstellung der einzelnen Drahtlagen der Oberspan­ nungswicklung und der zugeordneten Isolierlagen vollautomatisch. Hierbei wird nach der Herstellung der kernnahen US-Wicklung aus Bandmaterial zunächst eine isolierende Trennlage aus Faserro­ vings aufgebracht und anschließend werden der Wicklungsdraht für die Oberspannungswicklung mit der erforderlichen Anzahl von Faserrovings dem Wickelkörper zugeführt, so daß der weitere Wicklungsaufbau erfolgen kann.

Je nach maschineller Ausstattung, das heißt in Abhängigkeit des verfügbaren Maschinenparks, kann die Herstellung der OS-Wicklung programmgesteuert ablaufen, wobei innerhalb der Grenzparameter für die erforderliche Isolierdicke die Einhaltung eines jeden beliebigen Fertigungsparameters gewährleistet ist.

Dabei können die vorgesehenen Gruppenwicklungen simultan neben­ einander gefertigt werden, was gegenüber der bekannten Verfah­ rensweise einen weiteren erheblichen Zeitgewinn bedeutet. Hier­ für muß die Wickelmaschine allerdings eine der Anzahl der simul­ tan herzustellenden Gruppenwicklungen entsprechende Anzahl von Zuführungen für den Wickeldraht und für die Rovings aufweisen.

Trockentransformatoren mit einem Spulenkern, mit einer darauf angeordneten US-Wicklung, vorzugsweise aus Bandmaterial, mit ei­ ner Oberspannungswicklung, welche gegen die US-Wicklung sowie lagenweise untereinander mittels harzgetränktem Fasermaterial, vorzugsweise Glasfaserrovings, isoliert ist und wenigstens eine Decklage aus dem Fasermaterial aufweist, sind allgemein bekannt.

Ein derartiger Trockentransformator besitzt neben den vorstehend aufgeführten wesentlichen Merkmalen zum Beispiel auch Lötstellen in der Oberspannungswicklung, welche bei ordnungsgemäßer Ausfüh­ rung grundsätzlich keinerlei Probleme aufwerfen, außer daß, wie oben beschrieben, ihre Herstellung zeitaufwendig und nicht auto­ matisierbar ist.

Es ist daher ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Transforma­ torwicklung anzugeben, die einen möglichst einfachen zweckdien­ lichen Aufbau aufweist und zuverlässig im Betrieb ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 8 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen, daß die Oberspannungswicklung lagenweise oder blockweise als Gruppenwicklung aufgebaut ist und aus einem einzigen Draht oder aus mehreren parallelen Drähten gebildet ist. Dabei können vor­ zugsweise bis zu vier Einzeldrähte vorgesehen sein, die jeweils an ihren Enden zusammengeschaltet sind. Die Anzahl von Lötstel­ len je Einzeldraht kann abhängig von der Anzahl "n" der vorgese­ henen Gruppenwicklungen auf n-1 begrenzt werden.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die gesamte Oberspannungswicklung lötstellenfrei gefertigt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfin­ dungsgemäße Transformatorwicklung mit einer Deck-Isolierung ver­ sehen, die lagenweise azimutal parallel und im sogenannten Kreuzverband ausgebildet ist und hierdurch neben der Isolier­ funktion gleichzeitig zur Aufnahme von Reaktionskräften der Transformatorwicklung im Betrieb, z. B. bei Kurzschluß, dient.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver­ besserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels der Erfindung sollen die Erfindung, vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung und Verbesserungen sowie be­ sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt die einzige Figur eine Fertigungsanordnung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In der einzigen Figur ist eine Fertigungsanordnung zur Herstel­ lung einer Oberspannungswicklung für eine Transformatorspule ge­ mäß der Erfindung mit einer Wickelvorrichtung 10, mit einer Spu­ lendrahtvorlage 12, mit einer Rovingvorlage 14 und mit einer Harztränkvorrichtung 16 dargestellt, welche dazu vorgesehen ist, die Fertigung der erfindungsgemäßen Spulenwicklung zu gewährlei­ sten.

Wie anhand der schematisierten Darstellung leicht zu erkennen ist, werden auf einen Wicklungskern 18, der im Beispiel von der bereits fertiggestellten Unterspannungswicklung gebildet ist, zunächst einige Drahtwindungen des Wicklungsdrahtes 20 aufge­ bracht, auf welche räumlich versetzt die aus der Rovingvorlage bereitstehenden Faserrovings 22, vorzugsweise Glasfaserrovings, aufgebracht werden. Dabei ergibt sich abhängig vom Vorschub eine mehr oder weniger dicke Isolierschicht, die aus einer der vorher bestimmten Mindestisolierdicke entsprechenden Anzahl einzelner Rovings zusammengesetzt ist.

Wie die Darstellung in der einzigen Figur ferner verdeutlicht, werden die Faserrovings 22 von der einen Seite und der Wick­ lungsdraht 20 von der gegenüberliegenden Seite, das heißt von unterschiedlichen Seiten, der Wickelvorrichtung 14 zugeführt. Dies hat den Vorteil, daß sich die Rovings 22 und der Draht 20 nicht behindern, zum Beispiel bei unterschiedlichem Vorschub.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsblocks eines Trockentransformators mit jeweils einer Wicklung für die Unter­ spannung (US-Wicklung) und für die Oberspannung (OS-Wicklung), die jeweils gegeneinander sowie lagenweise untereinander elek­ trisch isoliert sind, indem zunächst die Wicklung für die Unter­ spannung aus elektrisch leitendem Draht- oder Bandmaterial her­ gestellt und mit einer Isolationsschicht aus harzgetränkten Fa­ sermaterial, z. B. Rovings, umwickelt wird, worauf dann lagen­ weise die Wicklung für die Oberspannung aufgebaut wird, deren einzelne Lagen jeweils mittels harzgetränkter Faserrovings ge­ geneinander isoliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der OS-Wicklung die für die Lagenisolierung maximal erforderliche Isolierdicke und die dieser Isolierdicke entspre­ chende Anzahl von Faserrovings bestimmt wird, daß die Herstel­ lung jeder Wicklungslage und der zugehörigen Isolierlage gleich­ zeitig mit räumlichem Versatz zueinander erfolgt und daß die Einstellung der erforderlichen Isolierdicke sowohl über die An­ zahl der Faserrovings als auch über den Wickelvorschub der Faserrovings erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung der Isolierlage vorgesehenen Faserrovings vor dem Aufbringen der Wicklungslage aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die größte Isolierdicke einer Isolierlage bei einer Um­ drehung mit dem Vorschub 0 erreicht wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungslagen lagenweise oder block­ weise als sogenannte Gruppenwicklungen aufgebracht werden.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierlagen durch variablen Vorschub keilförmig ausgebildet werden, um so die erforderliche Isolier­ dicke einzuhalten.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fertige US-Wicklung mit mehreren Iso­ lierlagen überdeckt wird, die abwechselnd parallel und kreuz­ weise zueinander aufgebracht werden.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der einzelnen Drahtlagen der Oberspannungswicklung und der zugeordneten Isolierlagen vollau­ tomatisch erfolgt.

8. Transformatorwicklung, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem Spulenkern, mit einer darauf angeordneten US-Wicklung, vorzugsweise aus Bandma­ terial, mit einer Oberspannungswicklung, welche gegen die US- Wicklung sowie lagenweise untereinander mittels harzgetränktem Fasermaterial, vorzugsweise Glasfaserrovings, isoliert ist und wenigstens eine Decklage aus dem Fasermaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberspannungswicklung blockweise als Gruppenwicklung aufgebaut ist und aus einem einzigen Einzeldraht oder mehreren Einzeldrähten gebildet ist.

9. Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte OS-Wicklung lötstellenfrei ist.

10. Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Decklage der Isolierung gleichzeitig zur Aufnahme von Reaktionskräften der Transformatorwicklung im Be­ trieb, z. B. bei Kurzschluß, dient.