EP0080430B1

EP0080430B1 - Transformator oder Drosselspule

Info

Publication number: EP0080430B1
Application number: EP82710053A
Authority: EP
Inventors: Anders Björklund; Marja Dipl.-Ing. Widell
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1981-11-25
Filing date: 1982-11-15
Publication date: 1986-03-26
Also published as: CA1210102A; EP0080430A1; NO823942L; SE8107013L; SE428847B; DE3270161D1; JPS5893207A; ZA828623B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator oder eine Drosselspule gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein Transformator dieser Art ist bekannt aus der DE-A-29 47 801.
Eine Bandwicklung für einen Transformator oder eine Drosselspule besteht normalerweise aus einer Vielzahl von Windungen eines Bandes, das aus einer Metallfolienschicht und einer Isolationsschicht zusammengesetzt ist, wobei die Isolationsschicht einen Polymerfilm und Zellulosepapier umfaßt. Die Bandwicklung wird nach dem Trocknen mit einer Isolierflüssigkeit imprägniert, damit alle in der Bandwicklung vorhandenen Hohlräume ausgefüllt werden und so ein Glimmen vermieden wird. Da die Bandwicklung eine Breite von einigen Metern haben kann und mit Vorspannung gewickelt sein kann, handelt es sich beim Trocknen und Imprägnieren um komplizierte und zeitraubende Arbeitsvorgänge. Papier als Windungsisolation hat die vorteilhafte Fähigkeit, Isolierflüssigkeit in die inneren Teile der Wicklung zu saugen. Es ist jedoch unerwünscht, weil es in hohem Maße dazu beiträgt, den Trocknungsvorgang der Bandwicklung zu verlängern, und weil es die Abmessungen eines Transformators gegebener Leistung vergrößert.
Aus der DE-A-29 47 801 ist ein Transformator mit einer Bandwicklung bekannt, bei der als Windungsisolation ein Polymerfilm verwendet wird. Bei dieser bekannten Bandwicklung wird die Metallfolie des Bandes mit dem anliegenden Polymerfilm sowie jede Windung des Bandes mit der darunterliegenden Windung des Bandes fest miteinander verbunden, um eine sehr hohe Festigkeit der von Natur aus mechanisch weichen Bandwicklung gegenüber insbesondere den radialen Kurzschlußkräften im Transformator zu bekommen. Um das Eindringen der Isolierflüssigkeit zwischen die Schichten aus Metallfolie und Polymerfilm sowie zwischen die Schichten aus Polymerfilm zu ermöglichen, ist Vorsorge getroffen, daß zwischen den vorgenannten Schichten Räume vorhanden sind, die über die Stirnflächen der Bandwicklung mit dem Raum außerhalb der Bandwicklung in Verbindung stehen. Diese Räume, die unregelmäßig verteilt sein können, werden dabei unter anderem dadurch gewonnen, daß der die genannten Schichten verbindende Leim punktweise oder fleckenweise aufgetragen wird. Diese punkt- oder fleckenweise Auftragung von Leim ist jedoch nicht ausreichend, die Gefahr einer Beschädigung der Wicklung durch Metallpartikel zu verhindern, welche bei der Fertigung in die Wicklung gelangen können. Außerdem kann die Wicklung dadurch Schaden nehmen, daß sich das Polymermaterial in der Wicklungsisolation plastisch verformt. Bei der werkstattmäßigen Fertigung einer Wicklung ist es praktisch unmöglich, das Eindringen kleiner Metallpartikel, wie z. B. Partikel aus Eisen, Kupfer oder Aluminium, aus der Umgebung in die Wicklung zu vermeiden. Derartige in Werkstätten vorkommende Partikel haben oft scharfe Kanten, welche die Isolation beschädigen können und - wenn sie groß genug sind - die Isolation zwischen zwei Windungen durchschneiden können, so daß zwischen den Metallfolienleitern benachbarter Windungen entweder sofort oder nach einer gewissen Betriebszeit ein Kurzschluß auftreten kann. Weil auch sehr kleine Partikel, die etwa in einer der Isolationsdicke entsprechenden Größenordnung liegen, die bedeutend unter 100 µm liegen kann, Schäden der vorgenannten Art verursachen können, ist es in der Praxis außerordentlich schwierig, und zwar auch bei Anwendung kostspieliger Reinigungsanlagen, die Beschädigung der Wicklung durch Metallpartikel völlig zu verhindern. Eine plastische Verformung von Polymermaterial in der Wicklung kann zu einer Verkleinerung der Isolationsabstände führen und damit zu größeren Schwierigkeiten bei der Erreichung einer vollständigen Imprägnierung der Wicklung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Transformator oder eine Drosselspule der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welcher die Gefahr einer Beschädigung durch Metallpartikel, die beim Fertigungsprozeß ungewollt in die Wicklung gelangen, oder durch plastische Verformung des Polymers verhindert wird und bei der auch dann ein Eindringen der Isolierflüssigkeit zwischen die Schichten der Wicklung möglich ist, wenn keine punkt- oder fleckenförmige Klebverbindung zwischen den Schichten vorhanden ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Transformator oder eine Drosselspule gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher/welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
In einer Bandwicklung hat die Metallfolie, beispielsweise eine Kupfer- oder Aluminiumfolie, normalerweise eine Dicke von 5 bis 3 000 J.Lm und vorzugsweise eine Dicke von 50 bis 1 000 J.Lm. Der Polymerfilm soll einer Dauertemperatur von mindestens 90 °C standhalten können. Als Beispiel für geeignete Polymere im Film können Polyäthylenglykolterephtalat, Polybutylenglykolterephtalat, Polycarbonat, Polyimid, Zelluloseazetat und Polyamid genannt werden. Eine zweckmäßige Dicke des Films sind 5 bis 200 J.Lm, vorzugsweise 10 bis 100 µm. Der Polymerfilm ist vorzugsweise breiter als die Metallfolie, so daß der Polymerfilm über die Ränder der Metallfolie hinausragt, so daß elektrische Überschläge zwischen Folienwindungen oder längs der Wicklungskante verhindert werden. Besonders wird ein Film aus Polyäthylenglykolterephtalat bevorzugt, da ein solcher Film die notwendigen Anforderungen in thermischer, mechanischer und elektrischer Hinsicht sowie hinsichtlich seiner Beständigkeit gegen Transformatorenöl und anderen in Transformatoren verwendeten Isolierflüssigkeiten erfüllt.
Bei dem Füllmittel kann es sich u. a. um Körner aus Siliziumdioxyd, Aluminiumoxyd, Kaolin, Dolomit und Kalk handeln. Dadurch, daß die Körner aus anorganischem Material bestehen, haben sie eine ausreichende Härte, um die Beschädigungsgefahr durch Metallpartikel in der Wicklung zu verringern sowie auch die Gefahr zu verringern, daß durch plastische Verformung des Polymers der vorgegebene Abstand zwischen benachbarten Metallfolienwindungen in der Wicklung nicht eingehalten wird. Der Gehalt an Füll mittel beträgt 0,5-5 %, vorzugsweise 0,5-2,5 %, des vom Polymer und dem Füllmittel eingenommenen Gesamtvolumens. Wenigstens ein Teil der Körner, vorzugsweise mindestens 25 % des von den Körnern eingenommenen Gesamtvolumens, hat eine Größe von mehr als 1 µm und vorzugsweise eine Größe von 2 bis 15 µm, und vorzugsweise wenigstens 5 % des Gesamtvolumens der Körner haben eine Größe von wenigstens 5 µm. Ein Teil der Körner kann eine Größe bis zu wenigstens 25 µm haben. Die unregelmäßigen Erhöhungen können eine unterschiedliche Höhe haben. Der Hauptteil des in den Erhöhungen enthaltenen Materials ist vorzugsweise in solchen Erhöhungen enthalten, deren Höhe zwischen 0,5 und 5 µm liegt, bezogen auf das niedrigste Niveau an der Oberfläche des Films.
Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 einen Querschnitt durch einen Transformatorschenkel, auf dem zwei Bandwicklungen sitzen,
Figur 2 in verkleinertem Maßstab den Gegenstand nach Fig. 1 im Längsschnitt,
Figur 3 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus einem Schnitt durch eine der Wicklungen gemäß Fig. 1 und 2, der senkrecht zur Längsachse der Wicklung verläuft.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Schenkel10a sowie Teile des oberen und unteren Jochs 10b und 10c eines Eisenkerns für einen Starkstromtransformator. Der Schenkel 10a wird von einer als Niederspannungswicklung ausgebildeten Innenwicklung 11 und einer als Hochspannungswicklung ausgebildeten Außenwicklung 12 umgeben. Beide Wicklungen sind Bandwicklungen, die mit Vorspannung gewickelt sind. Beide Wicklungan sind koaxial zueinander angeordnet, wobei sich zwischen ihnen ein zylinderringförmiger Raum bildet, in dem Rippen 13 aus Preßspan, Bakelit oder glasfaserarmiertem Polyester parallel zur Längsachse der Wicklungen angeordnet sind. Die Innenwicklung ist auf einen Formzylinder 14 gewickelt.
Die Wicklungen 11 und 12 sind gemäß Figur 3 aus vielen Windungen eines Bandes aus einer Aluminiumfolie 15 und aus zwei Filmen 16 und 17 aus Polyäthylenglykolterephtalat aufgebaut, das 0.9 Volumenprozent Siliziumdioxyd in Form von im Film homogen verteilten Körnern enthält, von denen die größten Körner eine Größe von 10 µm haben. 80 % des Gesamtvolumens der Körner haben eine Größe von wenigstens 2 wm, und 20 % des Gesamtvolumens der Körner haben eine Größe von wenigstens 5 wm. Alternativ können die größten Körner eine Größe von ungefähr 25 _fLm haben. Die Polymerfilme haben Unebenheiten an der Oberfläche in Form von Erhöhungen 18, wobei die Höhe für den Hauptteil dieser Erhöhungen im Bereich zwischen 0,5 bis 5 µm liegt. Die Dicke der Aluminiumfolie beträgt 300 µm, und die Dicke jedes der Polymerfilme beträgt 25 µm.
Die Räume 19 zwischen den einander zugewandten Flächen der Metallfolie und eines Polymerfilms bzw. zweier Polymerfilme stehen mit dem Raum 21 außerhalb der Stirnflächen 22 und 23 bzw. 24 und 25 der Wicklungen 11 und 12 in Verbindung.
Bei der Herstellung des beschriebenen Transformators werden die Wicklungen bei erhöhter Temperatur vakuumgetrocknet und danach mit einer geeigneten Isolierflüssigkeit, wie z. B. Transformatorenöl, oder einem geeigneten Isoliergas, wie z. B. SF₆, vakuumdruckimprägniert.
Statt der zwei Polymerfilme können drei oder mehrere nebeneinander angeordnete Polymerfilme verwendet werden.

Claims

1. Transformator oder Drosselspule mit mindestens einer Bandwicklung (11, 12) die aus mehreren radial übereinandergewickelten Windungen eines eine Metallfolie (15) und mindestens zwei Polymerfilme (16, 17) enthaltenden Bandes aufgebaut ist, wobei die Metallfolie als Leiter dient und die Polymerfilme als Isolation zwischen den Windungsleitern dienen und zwischen einander zugewandten Flächen der Metallfolie und eines Polymerfilmes und/oder zwischen einander zugewandten Flächen zweier Polymerfilme Räume (19) vorhanden sind, welche über die Stirnflächen (22, 23, 24, 25) der Bandwicklung mit dem Raum (21) außerhalb der Bandwicklung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfilme in ihnen eingebettete, homogen verteilte Körner einesanorganischen Füllmittels enthalten, die unregelmäßige Erhöhungen auf den Polymerfilmen erzeugen.

2. Transformator oder Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfilme aus Polyäthylenglykolterephtalat bestehen.

3. Transformator oder Drosselspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel zumindest im wesentlichen aus Siliziumdioxyd besteht.

4. Transformator oder Drosselspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel 0,5 bis 5 Prozent des gesamten von Polymer und Füllmittel eingenommenen Volumens einnimmt.

5. Transformator oder Drosselspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 25 % des Gesamtvolumens der Körner eine Größe von über 1 µm haben.

6. Transformator oder Drosselspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 25 % des Gesamtvolumens der Körner eine Größe von 2-15 µm haben.

7. Transformator oder Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der überwiegende Teil des Materials, welches die Erhöhungen bildet, zu solchen Erhöhungen gehört, deren Höhe, bezogen auf das niedrigste Niveau der Oberfläche des Films, zwischen 0,5-5 µm liegt.

8. Transformator oder Drosselspule nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 5 % des Gesamtvolumens der Körner eine Größe von wenigstens 5 µm haben.