TROCKENTRANSFORMATOR ODER DROSSELSPULE UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Trockentransformator bzw. eine Drosselspule, auf ein Verfahren zur Herstellung der Wicklung eines Trockentransformators bzw. einer Drosselspule, auf ein Verfahren zur Herstellung eines Trokkentransformators bzw. einer Drosselspule sowie auf die Verwendung von keramischem Material als Isolation.

[0002] In der elektrischen Energieversorgung werden als Verteilungstransformatoren bzw. Drosselspule zunehmend Trokkentransformatoren und Trockendrosselspulen anstelle von herkömmlichen flüssigkeitsisolierten Geräten eingesetzt, insbesondere wegen der von flüssigkeitsisolierten Geräten ausgehenden Brandgefahren und Gefährdung von Erdreich und Grundwasser durch Flüssigkeiten bei Undichtigkeiten oder Transportunfällen.

[0003] Zur elektrischen Isolation der Wicklungsdrähte und Wicklungslagen, zur äußeren Isolation und zum Schutz der Wicklungen von Trockentransformatoren und Trockendrosselspulen gegen Feuchtigkeit und Verschmutzung werden Kunststoffe eingesetzt, wie z. B. Epoxid-, Polyester-, Polyurethan- oder Silikonharze. Als besonders geeignet haben sich Gießharztransformatoren erwiesen, bei denen eine oder mehrere Wicklungen vollständig mit einem Isolierstoff umschlossen sind. Diese Gießharztransformatoren sind somit völlig gegen die Einflüsse von Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt.

[0004] Die zur elektrischen Isolierung der Trockentransformatoren und Trockendrosselspulen verwendeten Kunststoffe haben jedoch auch gewisse Nachteile. So können diese Kunststoffe brennen und entwickeln im Brandfall Rauch und giftige Brandgase, die Menschen gefährden und Löscharbeiten behindern können. Die eingesetzten Kunststoffe altern infolge Oxidation und Hydrolyse. Die chemische Zersetzung der Kunststoffe wird bei relativ hohen Temperaturen, die im Bereich der Betriebstemperaturen von Transformatoren und Drosselspulen liegen, stark beschleunigt. Die mechanischen und dielektrischen Eigenschaften der verwendeten Kunststoffe werden bei diesen Temperaturen stark verschlechtert. Bei noch höheren Temperaturen werden die Kunststoffe thermisch zersetzt. Epoxidharze, die wegen ihres insgesamt besten Eigenschaftsbildes vorwiegend verwendet werden, sind in nachteiliger Weise unbeständig gegen UV-Licht. Ferner sind die verwendeten Kunststoffe empfindlich gegen Kriechströme, so daß eine Freiluftaufstellung nur mit aufwendigen Schutzgehäusen möglich ist. Diese Schutzgehäuse sind kostenintensiv und nachteilig infolge Gewichts- und Abmessungsvergrößerung der Transformatoren bzw. der Drosselspulen.

[0005] Probleme ergeben sich auch durch eine mögliche Zerstörung der Kunststoffisolierung infolge Teilentladung. Die verwendeten Kunststoffe weisen nach der Härtung Schrumpfungen auf, die zu Lunkern und Schrumpfspannungen und späterer Rißbildung führen können, was Teilentladungen ermöglicht.

[0006] Bei der Deponierung von Kunststoffen nach Beendigung der Gebrauchsdauer können infolge der langsam fortschreitenden Zersetzung der Kunststoffe schädliche Zersetzungsprodukte in Erdreich und Grundwasser gelangen.

[0007] Bei der Herstellung von Trockentransformatorspulen wie auch Drosselspulen werden Gießverfahren und Tränkverfahren eingesetzt, die zur Vermeidung von Lufteinschlüssen vielfach unter Vakuum durchgeführt werden, oder es wird das Roving-Wickelverfahren verwendet, bei dem Glasfaser-Rovings mit Epoxidharz getränkt und auf die einzelnen Wicklungslagen und/oder auf die Spulen gewickelt werden.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trockentransformator bzw. eine Trockendrosselspule anzugeben, die mit einem umweltfreundlichen, alterungsbeständigen Isolier- und Schutzmaterial mit günstigem Brandverhalten versehen sind. Ferner sollen Verfahren zur Herstellung eines Trockentransformators bzw. einer Trockendrosselspule sowie deren Wicklung angeführt werden. Darüberhinaus sollen zweckmäßige Verwendungen von keramischem Material Trockentransformatoren und Trockendrosselspulen genannt werden.

[0009] Diese Aufgabe wird bezüglich des Trockentransformators und der Drosselspule erfindungsgemäß alternativ durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst, wonach die Wicklungsleiter und/oder Wicklungsisolationslagen und/oder der Außenmantel mindestens einer Wicklung eines Trockentransformators bzw. einer Drosselspule mit keramischem Material isoliert sind.

[0010] Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens zur Herstellung einer Wicklung eines Trockentransformators und einer Drosselspule wird alternativ durch die in den Ansprüchen 13, 17, 18 und 19 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

[0011] Eine bevorzugte Lösung bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der Wicklung eines Trockentransformators bzw. einer Drosselspule besteht darin, daß zunächst die innere Mantelfläche der Wicklung hergestellt wird, indem Faserrovings mit einer Mischung aus einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen und einem Pulver aus Silikat und Aluminium getränkt und auf eine Form gewickelt werden, daß anschließend die Wicklungsleiter aufgewickelt und weitere Isolationen aufgebracht werden, und daß vorzugsweise nachfolgend die so vorbereitete Wicklung auf eine Temperatur von 70 bis 100°C zur Härtung des keramischen Materials aufgeheizt wird. Die Härtung kann alternativ auch bei Raumtemperaturen oder höheren Temperaturen als 100°C durchgeführt werden.

[0012] Alternativ zum Wickelverfahren ist es auch möglich, mindestens eine in einer Form befindliche Wicklung mit der besagten Mischung zu vergießen oder nach dem Bewickeln mit Wicklungsleitern und notwendiger weitere Isolation in einem Tauchbecken zu tränken und anschließend den Härteprozeß durchzuführen. Ferner ist es auch möglich, Faserrovings mit der besagten Mischung zu tränken und auf die Wicklung zu wickeln. Es können so auch mehrere Wicklungen eines Transformators getrennt oder gemeinsam isoliert werden. Ferner ist es möglich, die Isolation der Wicklungsdrähte und Wicklungslagen mit Kunstharz auszuführen und die äußere Ummantelung mit keramischem Material.

[0013] Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Herstellung eines Trockentransformators bzw. einer Trockendrosselspule alternativ durch die im Anspruch 20 oder 21 gekennzeichneten Merkmale gelöst, wonach die Wicklungen getrennt oder zusammen oder mindestens eine zusammen mit einem Eisenkern in einer Form befindlichen Wicklung mit einer Mischung aus einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen und einem Pulver aus Silikat und Aluminium vergossen oder alternativ die Wicklungen getrennt oder zusammen oder der gesamte Aktivteil in einem Tauchbecken mit der besagten Mischung getränkt werden. Die Härtung des keramischen Materials erfolgt anschließend bei Raumtemperaturen oder Temperaturen von 70 bis 100°C.

[0014] Ferner wird erfindungsgemäß die Verwendung von keramischen Werkstoff als Isolier- und Schutzmaterial für die Wicklungen oder Wicklungen und Eisenkern von Trockentransformatoren bzw. von Trockendrosselspulen vorgeschlagen.

[0015] Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der keramische Werkstoff je nach Zusammensetzung eine Temperaturbeständigkeit zwischen 700°C und 1200°C aufweist und nicht durch Oxidation und Hydrolyse abgebaut wird. Deshalb ist es möglich, die Betriebstemperaturen von Transformatoren und Drosselspulen gegenüber dem bisherigen technischen Stand zu erhöhen.

[0016] Dadurch werden das Gewicht und die Abmessungen des Trockentransformators bzw. der Drosselspule vermindert, was für eine Vielzahl von Anwendungsfällen von großer Bedeutung ist, besonders bei Transformatoren und Drosselspulen für elektrisch betriebene Fahrzeuge, wie Lokomotiven, bei Ölbohrplattformen und bei der Montage auf Masten.

[0017] Der keramische Werkstoff ist unbrennbar und bietet deshalb in allen Fällen, in denen von Transformatoren bzw. Drosselspulen Brandgefahren ausgehen, größte Vorteile. Es ist sogar vorteilhaft möglich, die Transformatoren und Drosselspulen nach Einbezug in ein Brandgeschehen aufgrund der sehr hohen Temperaturbeständigkeit des keramischen Materials eine gewisse Zeit weiter zu betreiben, um somit die elektrische Energieversorgung in einer gefährlichen Situation aufrecht zu erhalten.

[0018] Keramisches Material ist ein umweltfreundliches Material, von dem auch nach Beendigung der Gebrauchsdauer bei einer Deponierung keine gefährlichen Stoffe abgegeben werden.

[0019] Keramisches Material ist kriechstromfest und UV-Lichtbeständig, so daß ein Einsatz bei Freiluftaufstellung der Geräte möglich ist, ohne daß dabei kostenintensive Schutzgehäuse verwendet werden müssen.

[0020] Je nach Zusammensetzung des keramischen Materials können die Schrumpfung bei der Härtung und die Wärmedehnung sehr gering gehalten werden, wodurch sich Bauteile mit hoher Maßgenauigkeit herstellen lassen, sowie Schrumpfspannungen und Lunkern vermieden werden, was Teilentladungen während des Betriebes verhindert.

[0021] Durch die relativ geringen Härtetemperaturen und die relativ kurzen Härtungszeiten werden Energiekosten bei der Herstellung eingespart.

[0022] Durch die zuvor erwähnte hohe Temperaturbeständigkeit ist es möglich, die Wicklung und den Kern auch bei Transformatoren bzw. Drosselspulen höherer Leistungen vollständig einzukapseln und die Kühloberfläche zu vermindern. Dadurch wird der Schutz der Wicklungs- und Kernteile gegen schädliche Umwelteinflüsse - insbesondere Feuchtigkeit - optimiert. In dieser Hinsicht ist auch die je nach Zusammensetzung des keramischen Materials erreichbare relativ hohe Wärmeleitfähigkeit günstig, weil hierdurch der Aufbau hoher innerer Temperaturen und Temperaturdifferenzen während des Betriebes vermindert werden.

[0023] Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

[0024] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1.1

ein Trockentransformatorteil mit einer mit keramischem Material isolierten Wicklung,

Fig. 1.2

ein Drosselspulenteil mit einer mit keramischem Material isolierten Wicklung,

Fig. 2

ein Trockentransformatorteil mit einer vollständig in keramischem Material eingekapselten Wicklung,

Fig. 3

ein Trockentransformatorteil mit einer vollständig in keramischem Material einkapselten ersten Wicklung und einer gemeinsam mit dem Eisenkern eingekapselten zweiten Wicklung,

Fig. 4

ein Trockentransformatorteil mit zwei vollständig in keramischem Material eingekapselten Wicklungen,

Fig. 5

ein Trockentransformatorteil mit zwei mit dem Eisenkern gemeinsam mit keramischem Material eingekapselten Wicklungen,

Fig. 6

ein Trockentransformatorwicklungsteil Isolation aus keramischem Material,

Fig. 7

ein Trockentransformatorwicklungsteil mit Drahtisolation aus keramischem Material

[0025] In Figur 1.1 ist gemäß einer ersten Variante ein Trockentransformatorteil und in Fig. 1.2 eine Variante eines Drosselspulenteils jeweils mit einer mit keramischem Material isolierten Wicklung dargestellt. In Fig. 1.1 sind ein Eisenkern 1, eine erste Wicklung 2 und eine zweite Wicklung 4 zu erkennen. In Fig. 1.2 ist ein Eisenkern 11 mit Luftspalten 12 und eine Drosselspulenwicklung 13 dargestellt, wobei die sogenannten Luftspalte 12 mit einem nicht ferromagnetischen Material gebildet werden.

[0026] Die äußeren Mantelflächen der ersten Wicklung 2 und der Wicklung 13 sind mit keramischem Material 3 isoliert. Die Herstellung dieser äußeren Isolation erfolgt vorzugsweise gemäß dem Roving-Wickelverfahren, bei dem Glasfaser-Rovings oder Rovings anderer Fasermaterialien mit der nachstehend beschriebenen, ein Pulver aus Silikat und Aluminium enthaltenden Lösung getränkt und auf die Spulen gewickelt werden. Es schließt sich der nachstehend beschriebene Härteprozeß bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur an. Es ist möglich, die äußere Mantelfläche der zweiten Wicklung 4 in gleicher Weise mit keramischem Material zu isolieren wie die Mantelfläche der Wicklung 2. Es ist auch möglich, keramisches Material für die sogenannten Luftspalte 12 zu verwenden, wobei das Material durch Einmischen von Glasfasern verstärkt werden kann.

[0027] In Figur 2 ist gemäß einer zweiten Variante ein Trockentransformatorteil mit einer vollständig in keramischem Material eingekapselten Wicklung dargestellt. Es sind ein Eisenkern 1, eine erste Wicklung 2, eine zweite Wicklung 4 und keramisches Material 3 zu erkennen, wobei das keramische Material 3 die erste Wicklung 2 völlig umschließt. Zur Einkapselung wird die Wicklung 2 in eine entsprechend ausgebildete Form gebracht und mit der ein Pulver aus Silikat und Aluminium enthaltenden, nachstehend beschriebenen Lösung vergossen.

[0028] Dementsprechend kann diese Variante auch auf Trockendrosselspulen angewendet werden, wobei dann Luftspalte im Eisenkern 11 und nur eine Wicklung 13 vorgesehen sind. Zur Vermeidung von Lunkern kann das Gießverfahren unter Anwendung von Vakuum durchgeführt werden. Es schließt sich der nachstehend näher beschriebene Härteprozeß bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur an. Es ist möglich, die Mantelfläche der zweiten Wicklung 4 in gleicher Weise vollständig mit keramischem Material zu kapseln wie die Mantelfläche der ersten Wicklung 2. Das gleiche Verfahren kann auch auf die Wicklung 13 einer Drosselspule angewendet werden.

[0029] Für die in Figur 2 dargestellte Variante eines Trockentransformatorteils mit einer vollständig in Keramischem material eingekapselten Wicklung werden nachfolgend weitere alternative Herstellungsverfahren angegeben.

[0030] Bei dem ersten weiteren Herstellungsverfahren wird zunächst die innere Mantelfläche 5 (Figur 2) gemäß dem Roving-Wickelverfahren hergestellt, bei dem die Glasfaserrovings oder andere Faserrovings mit der nachstehend beschriebenen, ein Pulver aus Silikat und Aluminium enthaltenden stark alkalischen Lösung getränkt und auf eine geeignete Form gewickelt werden. Auf die so entstandene innere Mantelfläche werden die Wicklungsleiter und notwendige weitere Isolationen gewickelt, wobei die weiteren Isolationen ebenfalls nach dem Rovingwickelverfahren hergestellt werden. Entweder werden dabei die Faserrovings mit der nachstehend beschriebenen, ein Pulver aus Silikat und Aluminium enthaltenden stark alkalischen Lösung getränkt oder alternativ mit einem flüssigen Kunststoffmaterial (Kunstharz). Nach Fertigstellung der Wicklung der Wicklungsleiter wird die äußere Isolation hergestellt, und zwar in gleicher Weise wie vorstehend bei der Beschreibung zu Figur 1 dargestellt. Daran schließt sich der nachstehend beschriebene Härteprozeß an. Das gleiche Verfahren kann auf die Wicklung 13 einer Drosselspule angewendet werden.

[0031] Bei dem zweiten weiteren Herstellungsverfahren wird die Wicklung eines Trockentransformators oder einer Drosselspule nach dem Wickeln der Wicklungsleiter und notwendiger weiterer Isolation in ein Tauchbecken getaucht, das die nachstehend beschriebene stark alkalische Lösung inklusive des Pulvers aus Silikat und Aluminium enthält. Dabei entsteht ein allseitiger Überzug, der nach dem Herausziehen der Wicklung aus dem Tauchbecken in einer Schicht auf den äußeren Mantelflächen haften bleibt und auch die inneren Isolationen durchtränkt. Zur Verstärkung der äußeren Mantelflächen können hier vor dem Tränkvorgang Fasermatten, Fasergewebe oder ähnliche Fasermaterialien aufgebracht werden. Der Tränkvorgang kann vorzugsweise unter Vakuum durchgeführt werden, um Lufteinschlüsse zu vermeiden. An den Tränkvorgang schließt sich der nachstehend beschriebene Härtungsprozeß an.

[0032] Es ist möglich, die zweite Wicklung 4 nach beiden weiteren Verfahren in gleicher Weise zu behandeln.

[0033] In Figur 3 ist gemäß einer dritten Variante ein Trockentransformatorteil mit einer vollständig in keramischem Material eingekapselten ersten Wicklung und einer gemeinsam mit dem Eisenkern eingekapselten zweiten Wicklung dargestellt. Es sind ein Eisenkern 1, eine erste Wicklung 2, eine zweite Wicklung 4 und keramisches Material 3 zu erkennen, wobei das keramische Material 3 sowohl die Wicklung 2 als auch die Wicklung 4 zusammen mit dem Eisenkern 1 völlig umschließt. Bei einer Drosselspule entfällt die zweite Wicklung 4 und der Eisenkern 1 wird mit sogenannten Luftspalten ausgeführt. Die Einkapselung erfolgt wie unter Figur 2 beschrieben, wobei der Eisenkern zusammen mit der Wicklung 4 in eine entsprechend gestaltete Form gebracht wird, um den Gießvorgang - vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum - durchzuführen. Es ist auch möglich, das Verfahren auf die Wicklung und den Kern einer Drosselspule anzuwenden, wobei das Material für die sogenannten Luftspalten beim gleichen Gießvorgang eingebracht werden kann. Die zweite Wicklung 4 kann gemäß einem der weiteren, unter den Figuren 1 und 2 beschriebenen Verfahren isoliert und gekapselt werden, wobei die in Figur 3 mit Ziffer 6 bezeichnete Eisenkern-Außenfläche als Form zur Bildung der inneren Mantelfläche 5 dient.

[0034] In Figur 4 ist gemäß einer vierten Variante ein Trockentransformatorteil dargestellt mit Wicklungen, die gemeinsam vollständig in keramischem Material eingekapselt sind. Es sind ein Eisenkern 1 sowie zwei Wicklungen 2 und 4 mit keramischem Material 3 zu erkennen, wobei das keramische Material 3 beide Wicklungen vollständig umschließt. die Einkapselung erfolgt gemäß einem unter Figur 2 beschriebenen Verfahren, wobei die Wicklungen 2, 4 entweder gemeinsam in eine entsprechend gestaltete Form gebracht und vergossen oder gemeinsam im Tauchverfahren getränkt oder gemeinsam im Rovingwickelverfahren bewikkelt werden - vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum.

[0035] In Figur 5 ist gemäß einer fünften Variante ein Trockentransformatorteil mit zwei mit dem Eisenkern gemeinsam mit keramischem Material eingekapselten Wicklungen dargestellt. Es sind ein Eisenkern 1, Wicklungen 2 und 4 und keramisches Material 3 zu erkennen, wobei das keramische Material 3 sowohl die Wicklungen 2 und 4 als auch den Eisenkern völlig umschließt. Die Einkapselung erfolgt entweder nach dem Gießverfahren, wobei der Eisenkern zusammen mit allen Wicklungen in eine entsprechend gestaltete Form gebracht wird, oder nach dem Tränkverfahren, wobei der Eisenkern zusammen mit allen Wicklungen in ein Tränkbecken getaucht wird. Beide Verfahren sind unter Figur 2 beschrieben und werden vorzugsweise unter Vakuum durchgeführt.

[0036] In Figur 6 ist ein Trockentransformatorwicklungsteil oder Drosselspulenwicklungsteil mit Lagenisolation und Kapselung aus keramischem Material dargestellt. Es sind die Wicklungsleiter 7, die äußere Isolation oder Kapselung 8 und die innere Lagenisolation 9 (innere Wicklungsisolationslagen) zu erkennen. Die inneren Wicklungsisolationslagen 9 werden ebenso wie die äußere Isolation 8 nach einem unter den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Verfahren mit keramischem Material hergestellt.

[0037] In Figur 7 ist ein Trockentransformatorwicklungsteil oder Drosselspulenwicklungsteil mit Lagen- und Drahtisolation aus keramischem Material dargestellt. Es sind die Wicklungsleiter 7 und die Isolation 10 aus keramischem Material zu erkennen. Es wird verdeutlicht, daß nicht nur die inneren Wicklungslagen g gemäß Figur 6, sondern auch die Isolation von Wicklungsleiter zu Wicklungsleiter mit einem unter den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Verfahren mit keramischem Material hergestellt werden können.

[0038] In den Figuren 6 und 7 sind Wicklungsleiter 7 mit rundem Querschnitt dargestellt. Es können alternativ Wicklungsleiter mit rechteckigem Querschnitt angewendet werden.

[0039] Bei dem verwendeten keramischem Material handelt es sich um einen keramischen Werkstoff auf Alumino-Silikat-Basis mit einem Silizium-Aluminium-Atom-Verhältnis vorzugsweise zwischen 2 und 4 (Gleichgewichtsverhältnis 2,07 bis 4,14). Zur Herstellung des keramischen Materials wird ein feines Pulver aus Aluminium und Silikat in eine stark alkalische Lösung gebracht, die Natrium-, Kalium-, Kalzium- oder Lithium-Ionen oder eine Kombination all dieser Elemente beinhaltet. Die verwendeten Korngrößen liegen vorzugsweise zwischen 0,25µm und 1µm. Die Lösung ist eine Flüssigkeit mit einer Viskosität zwischen ca. 500 und 300 mPas.

[0040] Bei Raumtemperatur oder durch Aufheizung der mit dem Pulver aus Aluminium und Silikat versehenen Lösung auf Temperaturen von vorzugsweise 70 bis 100°C wird eine exotherme Reaktion ausgelöst, begleitet von einer Polykondensation der keramischen Moleküle. Diese basiert auf dem Zusammenschluß von ALO₄- und SiO₄-Tetraeder, wobei die metallischen Ionen der Lösung als Ladungsausgleich in die entstehende Struktur eingeschlossen werden. Durch den Zusammenschluß der Moleküle entsteht eine 3-dimensionale Struktur, die jedoch völlig ungeordnet bleibt, so daß das entstehende Material amorph ist.

[0041] Die Zeitspanne der Aufheizung ist im wesentlichen durch die Dimension des Bauteils bestimmt, wobei der Werkstoff prinzipiell bei verschiedenen Temperaturgradienten aushärten kann. So liegt die Härtezeit für 0,1 mm dicke Folien bei 70°C bei ca. 30 min, für 1 cm dicke Blöcke bei der gleichen Temperatur bei ca. 3 Stunden. Auch bei Raumtemperatur ist eine Härtung möglich, die dafür notwendige Zeitspanne liegt jedoch in der Größenordnung von Tagen, wiederum abhängig von der Geometrie.

[0042] Bei der Reaktion entsteht Wasser als Kondensationsprodukt, das durch mehrstündiges Aufheizen auf Temperaturen über 50°C aus dem Werkstoff entfernt wird. Diese Trocknung ist ein wichtiger Zeitfaktor, da sie besonders bei großen Bauteilen wesentlich langsamer abläuft als das Härten. Hierbei spielt auch die Aufheizgeschwindigkeit eine wichtige Rolle, da bei zu schnellem Aufheizen unter Umständen Risse im Werkstoff entstehen können. Das so entstandene keramische Material hat keramische Eigenschaften bezüglich Hochtemperaturfestigkeit, chemische Stabilität, Härte, Bruchzähigkeit und elektrische Eigenschaften. Die Werkstoffeigenschaften - insbesondere die mechanische Festigkeit - können auch durch eine Verstärkung des keramischen Materials mit verschiedenen Fasermaterialien oder Füllstoffen beeinflußt werden. Es können insbesondere Glasfasern und/oder mineralische Füllstoff verwendet werden.

[0043] Keramisches Material kann durch eine keramikartige Glasierung auf seiner Oberfläche oder auch mit einem dünnen Überzug aus einem anderen wasserundurchlässigen Material vollständig versiegelt werden. Vorteilhaft können Flüssigkeiten mit günstigen dielektrischen Eigenschaften wie z. B. eine silikonhaltige Emulsion, zur Tränkung des keramischen Materials und damit zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit des Werkstoffes sowie ein silikonhaltiger Lack zur äußeren Beschichtung des Werkstoffes verwendet werden.

Ansprüche

1. Trockentransformator oder Drosselspule mit einem Eisenkern, mindestens einer Wicklung mit Wicklungsleitern, einem Außenmantel und mit einer Isolation, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolation ein keramisches Material auf Aluminium-Silikatbasis vorgesehen ist.

2. Trockentransformator oder Drosselspule nach Anspruch 1, wobei der Außenmantel mindestens einer Wicklung (2, 13) mit dem keramischen Material (3) isoliert ist.

3. Trockentransformator oder Drosselspule nach Anspruch 2, wobei mindestens eine Wicklung (2, 13) vollständig von dem keramischen Material (3) umschlossen ist.

4. Trockentransformator oder Drosselspule nach Anspruch 3, wobei sowohl der Eisenkern (1, 11) als auch mindestens eine Wicklung (2, 13) vollständig von dem keramischen Material (3) umschlossen sind.

5. Trockentransformator oder Drosselspule nach Anspruch 1, wobei die Wicklungsleiter (7) mindestens einer Wicklung mit dem keramischen Material (10 isoliert sind.

6. Trockentransformator oder Drosselspule nach Anspruch 1, wobei die inneren Wicklungsisolationslagen (9) und die äußere Isolation (8) mindestens einer Wicklung aus dem keramischen Material bestehen.

7. Trockentransformator oder Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das keramische Material den Zusammenschluß von A1O₄- und SiO₄ -Tetraedern aufweist.

8. Trockentransformator oder Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberflächen des keramischen Materiales zumindest teilweise mit einer keramikartigen Glasierung versiegelt sind, wie sie bei Keramik üblich ist.

9. Trockentransformator oder Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberfläche des keramischen Materiales zumindest teilweise mit einem wasserundurchlässigen Material versiegelt ist.

10. Trockentransformator oder Drosselspule nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Einsatz eines silikonhaltigen Lackes zur äußeren Beschichtung des keramischen Materiales.

11. Trockentransformator oder Drosselspule nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Einsatz einer silikonhaltigen Emulsion zur Tränkung des keramischen Materiales.

12. Trockentransformator oder Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das verwendete keramische Material ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit mit günstigen dielektrischen Eigenschaften, wie Epoxidharz oder Silikonharz, getränkt ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung eines Trockentransformators oder einer Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die innere Mantelfläche (5) der Wicklung hergestellt wird, indem Faserrovings mit einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen sowie einem Pulver aus Silikat und Aluminium getränkt und auf eine Form gewickelt werden, daß anschließend die Wicklungsleiter aufgewickelt und weitere Isolationen aufgebracht werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die weiteren Isolationen ebenfalls unter Verwendung von Faserrovings hergestellt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Faserrovings ebenfalls mit einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen sowie einem Pulver aus Silikat und Aluminium getränkt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Faserrovings zusätzlich mit einem flüssigen Kunstharz, wie Epoxidharz oder Silikonharz, getränkt werden.

17. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung eines Trockentransformators oder einer Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung nach dem Bewickeln mit Wicklungsleitern und notwendiger weiterer Isolation in einem Tauchbecken mit einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen sowie einem Pulver aus Silikat und Aluminium getränkt werden.

18. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung eines Trockentransformators oder einer Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß Faserrovings mit einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen sowie einem Pulver aus Silikat und Aluminium getränkt und auf die Wicklung (2, 13) gewickelt werden.

19. Verfahren zur Herstellung mindestens einer Wicklung eines Trockentransformators oder einer Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine in einer Form befindlichen Wicklung mit einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen sowie einem Pulver aus Silikat und Aluminium vergossen werden.

20. Verfahren zur Herstellung eines Trockentransformators oder einer Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zusammen mit einem Eisenkern (1, 11) in einer Form befindlichen Wicklung (2, 13) mit einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen sowie einem Pulver aus Silikat und Aluminium vergossen wird.

21. Verfahren zur Herstellung eines Trockentransformators oder einer Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wicklung (2, 13) zusammen mit einem Eisenkern (1) in einem Tauchbecken mit einer stark alkalischen Lösung mit Natrium- und/oder Kalium- und/oder Kalzium- und/oder Lithium-Ionen sowie einem Pulver aus Silikat und Aluminium getränkt wird.

22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei das Silizium/Aluminium-Atom-Verhältnis zwischen 2 und 4 beträgt.

23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Pulvers 0,25 µm bis 1 µm beträgt.

24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 23, wobei die Wicklungen oder die Wicklungen mit Eisenkern oder der Transformator nachfolgend auf eine Temperatur von 70 bis 100°C aufgeheizt werden.

25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 24, gekennzeichnet durch die Anwendung von Vakuum beim Wickeln, Gießen oder Tränken.

26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 25, wobei die Lösung zusätzlich mit Fasern, vorzugsweise Glasfasern, versehen ist.

27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 26, wobei die Lösung zusätzlich mit Füllstoffen, vorzugsweise mineralischen Füllstoffen, versehen ist.

28. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 27, wobei das bei der Aushärtungsreaktion entstandene Wasser durch mehrstündiges Aufheizen auf Temperaturen über 50°C ausgetrieben wird.

29. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 28, wobei das keramische Material nach der Aushärtung durch Eintauchen mindestens einer Wicklung in ein Tauchbecken mit einer Flüssigkeit mit günstigen dielektrischen Eigenschaften getränkt wird.

30. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 29, wobei das keramische Material nach der Härtung durch Eintauchen mindestens einer Wicklung zusammen mit dem Eisenkern in ein Tauchbecken mit einer Flüssigkeit mit günstigen dielektrischen Eigenschaften getränkt wird.

31. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 29 und 30, wobei das Tränkmittel oder die zu tränkenden Bauteile auf Temperaturen über 30°C erwärmt werden.

32. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 29 und 30, wobei das Tränkmittel und die zu tränkenden Bauteile auf Temperaturen über 30°C erwärmt werden.

33. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei bei dem Tränkvorgang Vakuum angewendet wird.

34. Verwendung von keramischem Material auf Al-Si-Basis als Isolier- und/oder Schutzmaterial für die Wicklungen von Trockentransformatoren und Drosselspulen.

35. Verwendung von keramischem Material auf Al-Si-Basis als Isolier- und/oder Schutzmaterial für die Wicklungen und den Eisenkern von Trockentransformatoren und Drosselspulen.

Claims

1. Dry-type transformer or reactance coil having an iron core, at least one winding having winding conductors, an outer circumferential surface and an insulation, characterised in that a ceramic material based on aluminium silicate is provided as insulation.

2. Dry-type transformer or reactance coil according to Claim 1, the outer circumferential surface of at least one winding (2, 13) being insulated with the ceramic material (3).

3. Dry-type transformer or reactance coil according to Claim 2, at least one winding (2, 13) being completely enclosed by the ceramic material (3).

4. Dry-type transformer or reactance coil according to Claim 3, both the iron core (1, 11) and at least one winding (2, 13) being completely enclosed by the ceramic material (3).

5. Dry-type transformer or reactance coil according to Claim 1, the winding conductors (7) of at least one winding being insulated with the ceramic material (10).

6. Dry-type transformer or reactance coil according to Claim 1, the inner winding-insulation layers (9) and the outer insulation (8) comprising of at least one winding of the ceramic material.

7. Dry-type transformer or reactance coil according to one of Claims 1 to 6, the ceramic material having the grouping-together of AlO₄ and SiO₄ tetrahedrons.

8. Dry-type transformer or reactance coil according to one of Claims 1 to 7, the surfaces of the ceramic material being at least partially sealed with a ceramic-like glazing, as is customary in ceramics.

9. Dry-type transformer or reactance coil according to one of Claims 1 to 7, the surface of the ceramic material being at least partially sealed with a water-impermeable material.

10. Dry-type transformer or reactance coil according to Claim 9, characterised by the use of a silicone-containing lacquer for the outer coating of the ceramic material.

11. Dry-type transformer or reactance coil according to Claim 9, characterised by the use of a silicone-containing emulsion for impregnating the ceramic material.

12. Dry-type transformer or reactance coil according to one of Claims 1 to 7, the ceramic material used being entirely or partially impregnated with a liquid having favourable dielectric properties, such as epoxy resin or silicone resin.

13. Process for the production of a winding of a dry-type transformer or of a reactance coil, characterised in that, first of all, the inner circumferential surface (5) of the winding is produced by fibre rovings being impregnated with a strongly alkaline solution with sodium and/or potassium and/or calcium and/or lithium ions as well as a powder of silicate and aluminium and wound onto a form, in that subsequently the winding conductors are wound on and further insulations are applied.

14. Process according to Claim 13, the further insulations being likewise produced by using fibre rovings.

15. Process according to Claim 14, the fibre rovings being likewise impregnated with a strongly alkaline solution with sodium and/or potassium and/or calcium and/or lithium ions as well as a powder of silicate and aluminium.

16. Process according to Claim 14, the fibre rovings being additionally impregnated with a liquid synthetic resin such as epoxy resin or silicone resin.

17. Process for the production of a winding of a dry-type transformer or of a reactance coil, characterised in that, after winding with winding conductors and necessary further insulation, the winding are [sic] impregnated in a dip tank with a strongly alkaline solution with sodium and/or potassium and/or calcium and/or lithium ions as well as a powder of silicate and aluminium.

18. Process for the production of a winding of a dry-type transformer or of a reactance coil, characterised in that fibre rovings are impregnated with a strongly alkaline solution with sodium and/or potassium and/or calcium and/or lithium ions as well as a powder of silicate and aluminium and are wound onto the winding (2, 3).

19. Process for the production of at least one winding of a dry-type transformer or of a reactance coil, characterised in that at least one winding, situated in a mould, are [sic] cast with a strongly alkaline solution with sodium and/or potassium and/or calcium and/or lithium ions as well as a powder of silicate and aluminium.

20. Process for the production of a dry-type transformer or of a reactance coil, characterised in that at least one winding (2, 13), situated together with an iron core (1, 11) in a mould, is cast with a strongly alkaline solution with sodium and/or potassium and/or calcium and/or lithium ions as well as a powder of silicate and aluminium.

21. Process for the production of a dry-type transformer or of a reactance coil, characterised in that at least one winding (2, 13) is impregnated together with an iron core (1) in a dip tank with a strongly alkaline solution with sodium and/or potassium and/or calcium and/or lithium ions as well as a powder of silicate and aluminium.

22. Process according to at least one of Claims 13 to 21, the silicate/aluminium atomic ratio being between 2 and 4.

23. Process according to one of Claims 13 to 21, characterised in that the particle size of the powder is 0.25µm to 1µm.

24. Process according to at least one of Claims 13 to 23, the windings or the windings with iron core or the transformer being successively heated to a temperature of 70 to 100°C.

25. Process according to at least one of Claims 13 to 24, characterised by the application of a vacuum in the case of winding, pouring or impregnating.

26. Process according to at least one of Claims 13 to 25, the solution being additionally provided with fibres, preferably glass fibres.

27. Process according to at least one of Claims 13 to 26, the solution being additionally provided with fillers, preferably mineral fillers.

28. Process according to at least one of Claims 13 to 27, the water produced during the curing reaction being driven out by heating over hours to temperatures above 50°C.

29. Process according to at least one of Claims 13 to 28, the ceramic material being impregnated after curing by dipping at least one winding into a dip tank with a liquid having favourable dielectric properties.

30. Process according to at least one of Claims 13 to 29, the ceramic material being impregnated after curing by dipping at least one winding together with the iron core into a dip tank with a liquid having favourable dielectric properties.

31. Process according to at least one of Claims 29 and 30, the impregnating agent or the components to be impregnated being heated to temperatures above 30°C.

32. Process according to at least one of Claims 29 and 30, the impregnating agent and the components to be impregnated being heated to temperatures above 30°C.

33. Process according to at least one of Claims 29 to 32, a vacuum being applied during the impregnating operation.

34. Use of ceramic material based on Al-Si as insulating and/or protecting material for the windings of dry-type transformers and reactance coils.

35. Use of ceramic material based on Al-Si as insulating and/or protecting material for the windings and the iron core of dry-type transformers and reactance coils.

Revendications

1. Transformateur à sec ou bobine de self-induction comportant un noyau de fer, au moins un enroulement avec des conducteurs d'enroulement, une enveloppe extérieure et une isolation, caractérisé par le fait qu'il est prévu comme isolation un matériau céramique à base de silicate d'aluminium.

2. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon la revendication 1 dans lequel l'enveloppe extérieure d'au moins un enroulement (2, 13) est isolée au moyen du matériau céramique (3).

3. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon la revendication 2 dans lequel au moins un enroulement (2, 13) est entièrement entouré par le matériau céramique (3).

4. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon la revendication 3 dans lequel le noyau de fer (1, 11) et au moins un enroulement (2, 13) sont entièrement entourés par le matériau céramique (3).

5. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon la revendication 1 dans lequel les conducteurs d'enroulement (7) d'au moins un enroulement sont isolés au moyen du matériau céramique (10).

6. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon la revendication 1 dans lequel les couches (9) intérieures d'isolation des enroulements et l'isolation (8) extérieure d'au moins un enroulement sont constituées par le matériau céramique.

7. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le matériau céramique présente la combinaison de tétraèdres A1O₄ et SiO₄.

8. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel les surfaces du matériau céramique sont au moins partiellement vitrifiées au moyen d'un vernis de type céramique, comme cela est courant dans le cas de céramiques.

9. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la surface du matériau céramique est au moins partiellement vitrifiée au moyen d'un matériau ne laissant pas passer l'eau.

10. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon la revendication 9, caractérisé par l'utilisation d'une peinture contenant des silicones pour le revêtement extérieur du matériau céramique.

11. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon la revendication 9, caractérisé par l'utilisation d'une émulsion contenant des silicones pour l'imprégnation du matériau céramique.

12. Transformateur à sec ou bobine de self-induction selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel le matériau céramique utilisé est totalement ou partiellement imprégné d'un liquide présentant des propriétés diélectriques favorables tel que de la résine époxyde ou de la résine silicone.

13. Procédé de fabrication d'un enroulement d'un transformateur à sec ou d'une bobine de self-induction, caractérisé par le fait qu'on réalise tout d'abord la surface périphérique (5) intérieure de l'enroulement par imprégnation d'un roving de fibres au moyen d'une solution fortement alcaline contenant des ions sodium et/ou potassium et/ou calcium et/ou lithium et une poudre de silicate et d'aluminium et par enroulement de celui-ci sur une forme, par le fait que l'on enroule ensuite les conducteurs de l'enroulement et que l'on applique des isolations supplémentaires.

14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel les isolations supplémentaires sont également réalisées en utilisant des rovings de fibres.

15. Procédé selon la revendication 14 dans lequel les rovings de fibres sont également imprégnés d'une solution fortement alcaline contenant des ions sodium et/ou potassium et/ou calcium et/ou lithium et une poudre de silicate et d'aluminium.

16. Procédé selon la revendication 14 dans lequel les rovings de fibres sont en outre imprégnés d'une résine synthétique liquide telle que de la résine époxyde ou de la résine silicone.

17. Procédé de fabrication d'un enroulement d'un transformateur à sec ou d'une bobine de self-induction, caractérisé par le fait qu'après enroulement des conducteurs d'enroulement et de l'isolation supplémentaire nécessaire, on imprègne l'enroulement dans une cuve d'immersion au moyen d'une solution fortement alcaline contenant des ions sodium et/ou potassium et/ou calcium et/ou lithium et une poudre de silicate et d'aluminium.

18. Procédé de fabrication d'un enroulement d'un transformateur à sec ou d'une bobine de self-induction, caractérisé par le fait que l'on imprègne des rovings de fibres au moyen d'une solution fortement alcaline contenant des ions sodium et/ou potassium et/ou calcium et/ou lithium et une poudre de silicate et d'aluminium et on les enroule sur l'enroulement (2, 13).

19. Procédé de fabrication d'au moins un enroulement d'un transformateur à sec ou d'une bobine de self-induction, caractérisé par le fait que l'on enrobe au moins un enroulement placé dans un moule au moyen d'une solution fortement alcaline contenant des ions sodium et/ou potassium et/ou calcium et/ou lithium et une poudre de silicate et d'aluminium.

20. Procédé de fabrication d'un enroulement d'un transformateur à sec ou d'une bobine de self-induction, caractérisé par le fait que l'on enrobe au moins un enroulement (2, 13) avec un noyau de fer (1) au moyen d'une solution fortement alcaline contenant des ions sodium et/ou potassium et/ou calcium et/ou lithium et une poudre de silicate et d'aluminium dans une cuve d'immersion.

21. Procédé de fabrication d'un enroulement d'un transformateur à sec ou d'une bobine de self-induction, caractérisé par le fait que l'on imprègne au moins un enroulement (2, 13) et un noyau de fer (1) au moyen d'une solution fortement alcaline contenant des ions sodium et/ou potassium et/ou calcium et/ou lithium et une poudre de silicate et d'aluminium dans une cuve d'immersion.

22. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 21 dans lequel le rapport atomique silicium/aluminium est compris entre 2 et 4.

23. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 21, caractérisé par le fait que la dimension de grain de la poudre est comprise entre 0,25 µm et 1 µm.

24. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 23 dans lequel les enroulements ou les enroulements avec noyau de fer ou le transformateur sont ensuite réchauffés à une température allant de 70 à 100 °C.

25. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 24, caractérisé par l'utilisation de vide lors des opérations de bobinage, d'enrobage ou d'imprégnation.

26. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 25 dans lequel la solution contient en outre des fibres, de préférence des fibres de verre.

27. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 26 dans lequel la solution contient en outre des matières de charge, de préférence des matières de charge minérales.

28. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 27 dans lequel l'eau produite lors de la réaction de durcissement est éliminée par chauffage pendant plusieurs heures à des températures supérieures à 50 °C.

29. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 28 dans lequel, après durcissement, le matériau céramique est imprégné par immersion d'au moins un enroulement dans une cuve d'immersion contenant un liquide avec des propriétés diélectriques favorables.

30. Procédé selon au moins une des revendications 13 à 29 dans lequel, après durcissement, le matériau céramique est imprégné par immersion d'au moins un enroulement avec le noyau de fer dans une cuve d'immersion contenant un liquide avec des propriétés diélectriques favorables.

31. Procédé selon au moins une des revendications 29 et 30 dans lequel le liquide d'imprégnation ou les composants à imprégner sont réchauffés à des températures supérieures à 30 °C.

32. Procédé selon au moins une des revendications 29 et 30 dans lequel le liquide d'imprégnation et les composants à imprégner sont réchauffés à des températures supérieures à 30 °C.

33. Procédé selon au moins une des revendications 29 à 32 dans lequel on applique le vide lors du processus d'imprégnation.

34. Utilisation de matériau céramique à base de Al-Si comme matériau d'isolation et/ou de protection pour les enroulements de transformaeurs à sec et de bobines de self-induction.

35. Utilisation de matériau céramique à base de Al-Si comme matériau d'isolation et/ou de protection pour les enroulements et le noyau de fer de transformateurs à sec et de bobines de self-induction.

Zeichnung