Verfahren zur Herstellung in Giessharz eingebetteter Wicklungen für Transformatoren

Abstract

 Zur Herstellung des Gießharzumgusses für derartige Transformatorwicklungen dienen üblicherweise Isolierstoffmatten als Abstandshalter (2, 3) in radialer Richtung zwischen einem inneren Mantel (5) der Gießform und den Spulen (1) sowie zwischen den Spulen (1) und einem äußeren Mantel (6) der Gießform, indem diese Abstandshalter (2, 3) die Spulen (1) durch Kraftschluß fixieren. Erfindungsgemäß bestehen die Isolierstoffmatten aus Gewebe aus unverdrillten, lockeren, mit aushärtbarem Kunstharz getränkten Glasfaserbündeln (15, 16) und sind einzelne, in sich verdrillte Fäden (17) aus schrumpffähigem Kunstharz entlang von im wesentlichen in der Gewebeebene liegenden Zick-Zack-Linien in dieses Gewebe eingearbeitet, so daß die verdrillten Fäden (17) in der Isolierstoffmatte schrumpfen und die Glasfaserbündel zu knotenähnlichen Verdickungen zusammenschieben, die die Spulen (1) in der Gießform einklemmen. Die Verwendung der erfindungsgemäß gestalteten isolierstoffmatten ermöglicht eine besonders wirtschaftliche Herstellung von in Gießharz eingebetteten Transformatorwicklungen für Leistungstransformatoren mit Nennspannungen von 10 kV und mehr sowie bis zu Nennleistungen von mehr als 10 MVA.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in Gießharz eingebetteten Wicklungen für Transformatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Mit zunehmendem Einsatz von Gießharztransformatoren bekommt die Optimierung der eingesetzten Werkstoffe, insbesondere der Menge des eingesetzten Gießharzes, steigende wirtschaftliche Bedeutung. Aus diesem Grund wird eine gleich gute Ausnutzung der vorteilhaften elektrischen und der ebenso vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des Gießharzformstoffes angestrebt. Dabei bringen kleine Wanddicken des Gießharzkörpers zusätzlich thermische Vorteile, so daß die Leistungsgrenze bis zu der mit Gießharz umgossene Transformatorwicklungen ausführbar sind, gesteigert werden kann.

[0003] Durch die europäische Patentanmeldung 80 108 131 ist schon ein Verfahren zur Herstellung in Gießharz eingebetteter Wicklungen für elektrische Geräte bekannt, wonach imprägnierte, gewellte Isolierstoffmatten als Abstandshalter zur Fixierung der einzuhüllenden elektrischen Geräteteile in der Gießform dienen. Diese im Gießharzkörper verbleibenden Isolierstoffmatten bewirken gleichzeitig für den Gießharzformstoff eine Armierung, die die mechanische Belastbarkeit des Gießharzformstoffes erhöht.

[0004] Durch dieses bekannte Verfahren werden auch Wicklungen aus in Achsrichtung hintereinander liegenden Spulen vergossen, wobei der Verguß vorzugsweise bei liegender Form in einer evakuierten Kammer durch einen achsparallelen Schlitz im äußeren Mantel der Gießform erfolgt und wonach die Aushärtung der Gießharzmasse mindestens teilweise in der Form selbst bei erhöhter Temperatur und bei atmosphärischem oder höherem Druck erfolgt.

[0005] Zur Durchführung des bekannten Verfahrens sind jedoch Abstandshalter bzw. Armierungseinlagen in einer sehr großen Anzahl von verschiedenen Abmessungen erforderlich, die wiederum eine Vielzahl von teueren Hilfswerkzeugen zu ihrer Herstellung erfordern. Praktisch werden zur Begrenzung der Anzahl der zur Herstellung der Abstandshalter erforderlichen Hilfswerkzeuge nur Abstandshalter in bestimmten, gegeneinander abgestuften Abmessungen hergestellt, so daß die elektrische und die mechanische Belastbarkeit der Gießharzkörper häufig nicht voll ausgenutzt ist. Zur Verringerung der Anzahl der erforderlichen Hilfswerkzeuge und zur annähernden Ausnutzung der elektrischen und mechanischen Belastbarkeit der Gießharzkörper ist es durch die DE-OS 32 34 098 bekannt, die radiale Höhe eines gewellten und imprägnierten innenliegenden Abstandshalters durch bleibende Verformung bis auf das Sollmaß der Gießharzkörperwanddicke zu verkleinern, indem ein innerer Mantel der Gießform in radialer Richtung gespreizt wird, wobei seine sich in Umfangsrichtung überlappenden achsparallelen Ränder aufeinander gleiten.

[0006] Die Herstellung der gewellten Abstandshalter hat sich jedoch als verhältnismäßig aufwendig erwiesen, da für die Vielzahl von erforderlichen Wellenabmessungen noch immer eine Vielzahl von Sonderwerkzeugen erforderlich ist. Darüber hinaus treten bei der Verwendung dieser gewellten Abstandshalter auch relativ große, unerwünschte Verschiebungen in Umfangsrichtung zwischen den Spulen der Wicklung einerseits und andererseits einzelnen Wellenbergen der Abstandshalter auf.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das durch die DE-OS 32 34 098 bekannte Verfahren so zu verbessern, daß Verschiebungen der Abstandshalter gegenüber den Spulen und dadurch möglicherweise verursachte Beschädigungen der Isolierung der Spulen vermieden sind und daß die Wirtschaftlichkeit durch weitere Senkung der Zahl der erforderlichen Sonderwerkzeuge weiter erhöht ist.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der Durchführung des eingangs genannten Verfahrens dadurch gelöst,

- daß die als Abstandshalter eingesetzten Isolierstoffmatten aus Gewebe aus unverdrillten, lockeren, mit aushärtbarem Kunstharz getränkten Glasfaserbündeln bestehen,

- daß einzelne in sich verdrillte Fäden aus schrumpffähigem Kunstharz entlang von im wesentlichen in der Gewebeebene liegenden Zick-Zack-Linien in dieses Gewebe eingearbeitet sind,

- daß die verdrillten Fäden in der Isolierstoffmatte während der Aushärtung der durch die Tränkung eingebrachten Kunstharzmasse vor dem Einbringen der Isolierstoffmatte in die Gießform schrumpfen und die Glasfaserbündel an deren in Spitzen der Zick-Zack-Linie liegenden Kreuzungsstellen zu knotenähnlichen Verdickungen zusammenschieben und

- daß diese Verdickungen die die Transformatorwicklungen darstellenden Spulen in der Gießform einklemmen.

[0009] Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungsmerkmalen der Erfindung ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen einigen der unverdrillten Glasfaserbündel gleich dem Mehrfachen der Breite dieser Glasfaserbündel bleibt und daß in den verwendeten Isolierstoffmatten je zwei einander benachbarte Kettfäden jeweils an ihrer Kreuzungsstelle mit einem Schußfaden durch einen der verdrillten Fäden gegeneinandergeschoben sind, indem der verdrillte Faden alle Schußfäden auf derselben, dem an der jeweiligen Kreuzungsstelle von ihm geschobenen Kettfaden gegenüberliegenden Gewebeseite kreuzt und indem der verdrillte Faden auf der anderen Gewebeseite zwischen diesen Kreuzungsstellen hin- beziehungsweise hergeführt ist.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung bestehen darin, daß die Isolierstoffmatten die Wicklung an beiden Enden in Achsrichtung überragen, daß als Gießharz gefülltes oder ungefülltes Epoxydharz verwendet ist und daß die Gießform und/oder die Wicklung vorgeheizt werden, wobei die durch die Tränkung in die Isolierstoffmatten eingebrachte, bereits ausgehärtete Kunstharzmasse fest bleibt.

[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr vorteilhaft, da es eine ebenso wirtschaftliche wie leicht an unterschiedliche Randbedingungen anpaßbare Herstellung von in Gießharz eingegossenen Transformatorwicklungen ermöglicht, weil die von den einzelnen, verdrillten, geschrumpften Fäden zusammengeschobenen Verdickungen aus den unverdrillten, lockeren Glasfaserbündeln durch die ausgehärtete Tränkharzmasse einerseits so fest sind, daß sie die Spulen in der Gießform zuverlässig festhalten, andererseits jedoch in Folge ihres lockeren Aufbaus vor einer Überlastung der Wicklungen in sich zusammendrückbar sind.

[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Quer- und

Fig. 2 einen achsparallelen Längsschnitt durch eine zum Umgießen vorgesehene Transformatorwicklung in stark verkleinertem Maßstab.

Fig. 3 zeigt ein als Isolierstoffmatte vorgesehenes Gewebe aus unverdrillten Glasfaserbündeln in annähernd natürlicher Größe.

[0013] Spulen 1 für eine Transformatorwicklung, beispielsweise eine Oberspannungswicklung, sind einzeln und unabhängig voneinander in an sich bekannter Weise auf besonderen Einrichtungen gewickelt. Alle in einen gemeinsamen Gießharzblock einzubettenden Spulen 1 liegen in radialer Richtung zwischen einem inneren Abstandshalter 2 und einem äußeren Abstandshalter 3.

[0014] Die Abstandshalter 2 und 3 bestehen ihrerseits aus Isolierstoffmatten aus Gewebe aus unverdrillten, lockeren, mit aushärtbarem Kunstharz getränkten Glasfaserbündeln 15 und 16. Dabei stellen in dem Gewebe die Glasfaserbündel 15 Kettfäden und die Glasfaserbündel 16 Schußfäden dar. In dieses Gewebe sind entlang von Zick-Zack-Linien stark verdrillte Fäden 17 aus schrumpffähigem Kunstharz eingearbeitet.

[0015] Die Isolierstoffmatten können anstelle von Glasfaserbündeln auch aus Bündeln von anderen elektrisch nicht leitenden Fasern hergestellt sein.

[0016] Das Gewebe wird vor dem Zuschneiden und vor seiner Verwendung als Abstandshalter, beispielsweise durch Erwärmen, so behandelt, daß das durch die Tränkung eingebrachte Kunstharz endgültig und vollständig ausgehärtet ist und daß dabei gleichzeitig die verdrillten Fäden 17 schrumpfen. Dadurch werden die Glasfaserbündel 15 und 16 in den Eckpunkten der Zick-Zack-Linien zu Verdickungen zusammengeschoben, die zwar sehr hart sind, aber in Folge einer gewissen verbleibenden Porosität bei einer Druckbelastung wesentlich mehr nachgeben als die Spulen 1.

[0017] Beim in Fig. 3 dargestellten Gewebebeispiel sind jeweils zwei Kettfäden darstellende Glasfaserbündel 15 durch je einen Faden 17 aneinandergedrückt und bilden an jeder Kreuzungsstelle mit einem einen Schußfaden darstellenden Glasfaserbündel 16 eine Verdickung, wobei diese Verdikkung stärker ist als sie im einfachen Gewebe ohne geschrumpfte Fäden 17 wäre.

[0018] An die Verdickungen der Innenseite des inneren Abstandshalters 2 wird in Richtung der Pfeile 4 ein innerer Mantel 5 einer Gießform angepreßt. Die hierzu erforderliche Preßkraft wird in an sich bekannter Weise durch auf Kegeln oder auf schiefen Ebenen verschobenen Leisten oder sonstigen Vorrichtungen auf den inneren Mantel 5 übertragen. Zur Verringerung der Reibung und zur Verhinderung von Verspannungen in Umfangsrichtung sind an den nicht dargestellten Leisten entlang der Berührungslinien mit dem inneren Mantel 5 Kugeln oder Rollen angebracht.

[0019] Der innere Mantel 5 wird unter leichter Verformung des inneren Abstandshalters 2 unabhängig von Durchmessertoleranzen so weit gespreizt, daß die Stärke des mit Gießharz auszufüllenden Spaltes der im Betrieb zu erwartenden elektrischen und/oder mechanischen Beanspruchung des Gießharzformstoffes gerade standhält. Ausgehend hiervon ist vorher die Bemessung des inneren Abstandshalters 2, insbesondere mit seinen Verdickungen, im Hinblick auf die zu erwartende mechanische Belastung ausgelegt. Bei höheren Nennspannungen ist es häufig zweckmässig, anstelle einer einzigen Isolierstoffmatte in nicht dargestellter Weise mehrere Isolierstoffmatten radial übereinander als Abstandshalter 2 und/oder 3 vorzusehen.

[0020] Außen um den äußeren Abstandshalter 3 herumgelegte, nicht dargestellte Bandagen tragen zur weiteren Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Gießharzkörpers in Umfangsrichtung bei. Durch diese Bandagen ist es darüber hinaus möglich, die Stärke des von dem äußeren Abstandshalter 3 offengehaltenen Spaltes unabhängig von Durchmessertoleranzen an den Spulen 1 einzustellen.

[0021] Um die Wicklungsanordnungen aus den Spulen 1 dem von innen gegen diese gespreizten inneren Abstandshalter 2 und dem inneren Mantel 5 sowie dem von außen um die Spulen 1 bandagierten äußeren Abstandshalter 3 ist ein äußerer Mantel 6 einer Gießform gelegt, der sich im wesentlichen an den Verdickungen des äußeren Abstandshalters 3 bzw. an den diesen umfassenden Bandagen abstützt. In dem äußeren Mantel 6 ist eine achsparallele Ausbuchtung 7 vorgesehen, die am Gießharzkörper eine Verstärkung zur Aufnahme der Wicklungsausleitungen und -anschlußkontakte formt. Gegenüber oder in einem bestimmten Winkel versetzt von der Ausbuchtung 7 ist ein Schlitz 8 vorgesehen, der von in etwa in radialer Richtung abgekanteten Wandstreifen 9 flankiert ist und gleichzeitig als Entlüftungs- und als Eingußöffnung der Gießform dient.

[0022] Die Stirnflächen der Gießform sind durch stirnseitige Formwände 10 verschlossen, deren dem inneren Mantel 5 und dem äußeren Mantel 6 zugekehrte Seite mit einer Schicht 11 aus elastischem Werkstoff belegt ist. Die stirnseitigen Formwände 10 werden mit ihrer Schicht 11 durch je eine Ankerplatte 13 so stark an die stirnseitigen Kanten des inneren Mantels 5 und des äußeren Mantels 6 gepreßt, daß diese in die elastische Schicht 11 eingedrückt werden. Die hierzu erforderliche Preßkraft für die Ankerplatten 13 wird durch Muttern 14 auf einer Zugstange 12 aufgebracht.

[0023] Die so in die Gießform aus dem inneren Mantel 5, dem äußeren Mantel 6 sowie den stirnseitigen Formwänden 10 eingebettete Anordnung aus Spulen 1, dem inneren Abstandshalter 2 und dem äußeren Abstandshalter 3 wird in einer nicht dargestellten Kammer bis nahe an ein vollkommenes Vakuum evakuiert und dann mit reinem Epoxydharz oder mit einem bis zu 75 % Füllstoff aufweisenden Epoxydharzgemisch ausgegossen. Dabei sind je nach den vorliegenden Verhältnissen die Form, die Spulen 1 und/oder die Gießharzmasse vorgewärmt.

[0024] Im Anschluß an das Füllen der Gießform mit Gießharzmasse wird diese dem atmosphärischen Druck oder einem höheren Druck ausgesetzt, so daß der aus dem von den Wandstreifen 9 gebildeten Trichter vorhandene Gießharzmasseüberschuß bis zur vollständigen Erstarrung des Gießharzkörpers Gießharzmasse in die Gießform nachgedrückt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung in Gießharz eingebetteter Wicklungen für Transformatoren,

- wonach die in Achsrichtung hintereinanderliegenden Spulen (1) der Wicklung je für sich und unabhängig voneinander gewickelt werden,

- wonach je eine Isolierstoffmatte in radialer Richtung als Abstandshalter (2, 3) zwischen einem inneren Mantel (5) der Gießform und den Spulen (1) sowie zwischen den Spulen (1) und einem äußeren Mantel (6) der Gießform dient,

- wonach die Spulen (1) durch Kraftschluß in Achsrichtung auf dem innenliegenden Abstandshalter (2) fixiert sind,

- wonach der innere (5) und der äußere Mantel (6) der Gießform zwischen stirnseitigen Formwänden (10) fixiert sind,

- wonach der Verguß bei liegender Form in einer evakuierten Kammer durch einen achsparallelen Schlitz (8) im äußeren Mantel (6) der Gießform erfolgt und

- wonach die Aushärtung der Gießharzmasse mindestens teilweise in der Form bei erhöhter Temperatur und bei atmosphärischem oder höherem Druck erfolgt, adurch gekennzeichnet,

- daß die Isolierstoffmatten aus Gewebe aus unverdrillten, lockeren, mit aushärtbarem Kunstharz getränkten Glasfaserbündeln (15, 16) bestehen,

- daß einzelne, in sich verdrillte Fäden (17) aus schrumpffähigem Kunstharz entlang von im wesentlichen in der Gewebeebene liegenden Zick-Zack-Linien in dieses Gewebe eingearbeitet sind,

- daß die verdrillten Fäden (17) in der Isolierstoffmatte während der Aushärtung der durch die Tränkung eingebrachten Kunstharzmasse vor dem Einbringen der Isolierstoffmatte in die Gießform schrumpfen und die Glasfaserbündel (15, 16) an deren in den Spitzen der Zick-Zack-Linie liegenden Kreuzungsstellen zu knotenähnlichen Verdickungen zusammenschieben und

- daß diese Verdickungen die Spulen (1) in der Gießform einklemmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Abstand zwischen nicht von den Fäden (17) zusammengeschobenen, unverdrillten Glasfaserbündeln (15, 16) gleich dem Mehrfachen der Breite dieser Glasfaserbündel (15, 16) bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, adurch gekennzeichnet , daß in den verwendeten Isolierstoffmatten je zwei einander benachbarte Kettfäden (15) jeweils an ihrer Kreuzungsstelle mit einem Schußfaden (16) durch einen der verdrillten Fäden (17) gegeneinandergeschoben sind, indem der verdrillte Faden (17) alle Schußfäden (16) auf derselben, dem an der jeweiligen Kreuzungsstelle von ihm geschobenen Kettfaden (15) gegenüberliegenden Gewebeseite kreuzt und indem der verdrillte Faden (17) auf der anderen Gewebeseite zwischen diesen Kreuzungsstellen hin- beziehungsweise hergeführt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, adurch ekennzeichnet, daß die Abstandshalter (2, 3) darstellenden Isolierstoffmatten die Wicklung an beiden Enden in Achsrichtung überragen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ekennzeichnet, daß als Gießharz mit Quarzmehl gefülltes oder reines Epoxydharz verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- durch gekennzeichnet, daß die Gießharzform und/oder die Wicklung vorgeheizt werden und daß die durch die Tränkung in die Isolierstoffmatten eingebrachte Kunstharzmasse in Folge vorheriger Aushärtung dabei fest bleibt.

Zeichnung