Transformator oder Drosselspule

Abstract

 Transformator oder Drosselspule mit mindestens einer Bandwicklung, die aus mehreren radial übereinander gewickelten Windungen eines eine Metallfolie (15) und mindestens zwei Polymerfilme (16,17) enthaltenden Bandes aufgebaut ist. Die der Windungsisoiation dienenden Polymerfilme enthalten in ihnen eingebettete homogen verteilte Körner eines anorganischen Filmmittels, wobei beide Oberflächen der Polymerfilme derart unregelmässige Erhöhungen (18) aufweisen, dass zwischen einander zugewandten Flächen der Metallfolie und eines Polymerfilms und/oder zwischen einander zugewandten Flächen zweier Polymerfilme Räume (19) vorhanden sind, die über die Stirnflächen der Bandwickiung mit dem Raum ausserhalb der Wicklung in Verbindung stehen. Hierdurch wird eine vollständige lmprägnierung der Bandwicklung mit Isolierflüssigkeit oder Isoliergas erzielt. Das Füllmittel verringert die Gefahr, dass verunreinigende Metallpartikel einen Kurzschluss zwischen den Windungen der Wicklung verursachen, sowie die Gefahr, dass der vorgegebene Abstand zwischen den Windungen aus der Metallfolie sich verändert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Transformator oder eine Drosselspule gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] 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. Die Anwendung von Papier in der Windungsisolation ist an sich unerwünscht, weil es in hohem Maße dazu beiträgt, den Trocknungsvorgang der Bandwicklung zu verlängern, und weil es die Abmessungen eines Transformators gegebener Leistung vergrößert. Man konnte auf den Einsatz von Papier jedoch bisher nicht verzichten, da es ohne seine Fähigkeit, Isolierflüssigkeit in die inneren Teile der Wicklung zu saugen, nicht möglich ist, eine ausreichende Imprägnierung der Bandwicklung zu erreichen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator oder eine Drosselspule der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der in der Bandwicklung kein Papier für die Windungsisolation verwendet wird, trotzdem aber eine gute Imprägnierung der Bandwicklung erreichbar ist.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Transformator oder eine Drosselspule der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

[0005] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

[0006] Durch die Erfindung wird nicht nur der Verzicht auf Papier in der Windungsisolation ermöglicht, sondern es wird auch die Gefahr einer Beschädigung der Wicklung vermindert, die einerseits durch Metallpartikel verursacht werden kann, welche bei der Fertigung in die Wicklung gelangen, und andererseits durch plastische Verformung von Polymermaterial in der Wicklungsisolation verursacht werden kann. 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.

[0007] In einer Bandwicklung hat die Metallfolie, beispielsweise eine Kupfer- oder Aluminiumfolie, normalerweise eine Dicke von 5 bis 3000 µm und vorzugsweise eine Dicke von 50 bis 1000 µm. 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 µm, 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.

[0008] 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 Füllmittel 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, leren Höhe zwischen 0,5 und 5 µm liegt, bezogen auf das niedrigste Niveau an der Oberfläche des Films.

[0009] Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Transformatorschenkel, auf dem zwei Bandwicklungen sitzen,

Fig. 2 in verkleinertem Maßstab den Gegenstand nach Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 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.

[0010] Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Schenkel 10a sowie Teile des oberen und unteren Jochs 10b und 10c eines Eisenkerns für einen Starkstromtransformator. Der Schenkel 10a wird von einer als Niederspannumgswicklung ausgebildeten Innenwicklung 11 und einer als Hochspannungswicklung ausgebildeten Außenwicklung 12 umgeben. Beide Wicklungen sind Bandwicklungen, die mit Vorspannung gewickelt sind. Beide Wicklungen 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.

[0011] 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 µm, und 20 % des Gesamtvolumens der Körner haben eine Größe von wenigstens 5 µm. Alternativ können die größten Körner eine Größe von ungefähr 25 µm 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] Statt der zwei Polymerfilme können drei oder mehrere nebeneinander angeordnete Polymerfilme verwendet werden.

Ansprüche

1. Transformator oder Drosselspule mit mindestens einer Bandwicklung (11, 12), die aus mehreren radial über einander gewickelten 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfilme in ihnen eingebettete homogen verteilte Körner eines anorganischen Füllmittels enthalten und daß beide Oberflächen der Filme derart unregelmäßige Erhöhungen (18) aufweisen, daß zwischen einander zugewandten Flächen der Metallfolie und eines Polymerfilms 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.

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 der Körner eine Größe von 2 - 15 m 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.

Zeichnung