EP0103237B1 - Verfahren zur Herstellung in Giessharz eingebetteter Wicklungen für Transformatoren - Google Patents

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EP0103237B1
EP0103237B1 EP83108604A EP83108604A EP0103237B1 EP 0103237 B1 EP0103237 B1 EP 0103237B1 EP 83108604 A EP83108604 A EP 83108604A EP 83108604 A EP83108604 A EP 83108604A EP 0103237 B1 EP0103237 B1 EP 0103237B1
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EP
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coils
casting
winding
spacers
mould
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EP0103237A2 (de
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Gerhard Dipl.-Ing. Altmann
Wolfgang Bendel
Rudolf Dedelmahr
Richard Dr. Pfeiffer
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Transformatoren Union AG
Original Assignee
Transformatoren Union AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12—Insulating of windings
    • H01F41/127—Encapsulating or impregnating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing windings for transformers embedded in cast resin according to the preamble of claim 1.
  • EP-A-31576 already discloses a method for producing windings for electrical devices embedded in casting resin, according to which impregnated, corrugated insulating mats serve as spacers for fixing the electrical device parts to be encased in the casting mold. These insulating material mats remaining in the cast resin body simultaneously provide reinforcement for the cast resin molding material, since they increased the mechanical strength of the cast resin molding material.
  • the known method also casts windings from coils lying one behind the other in the axial direction, the casting, preferably with the mold lying down, takes place in an evacuated chamber through an axially parallel slot in the outer jacket of the casting mold, and then the curing of the casting resin composition at least partially in the mold itself elevated temperature and at atmospheric or higher pressure.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method with which the good electrical properties and the mechanical properties of the cast resin body which are improved by inserting reinforcement can be fully utilized in the production of windings embedded in cast resin.
  • a device can be used to spread the inner shaped jacket, according to which profile strips provided on the circumference of a diameter-adjustable winding core change their radial position by shifting on bolts in grooves arranged obliquely to the axial direction.
  • the spacers are constructed from two layers of corrugated insulating mats, the direction of the corrugation of one layer against the winding axis + 45 ° and that of the other layer - 45 °, so that the corrugation of the two Layers crossed at 90 °.
  • Further measures according to the invention for adapting the cast resin body to occurring loads are that the spacers protrude beyond the winding at both ends in the axial direction and that fiber bundles stretched in the circumferential direction are slowly inserted in the chambers formed by the coils and the spacers, and that in addition Reinforcement of the cast resin body and fiber bundles are inserted into the axially parallel shafts of the spacers.
  • woven or non-woven mats made of glass or polyester fibers impregnated with pure casting resin are used as spacers and serve as casting resin with pure or epoxy resin filled with quartz powder.
  • a further expedient development of the invention consists in that the coils of the winding are pushed over the bare inner jacket of the casting mold and the inner spacer when the coils are held between the circumferentially overlapping edges of the slowly rotating inner jacket of the casting mold from a magazine in the same its installation position is pulled.
  • the method according to the invention for the production of castings of transformers embedded in cast resin is very advantageous, because it allows the adjustment of the particularly important and critical wall thickness of the cast resin encapsulation on the inside of the winding by deformation of the inserted reinforcement to practically any desired dimension, the initial dimensions of the spacers for a larger area of the cast resin body wall thickness are the same.
  • Coils 1 for a transformer winding for example a high-voltage winding, are wound individually and independently of one another in a manner known per se on special devices. All coils 1 to be embedded in a common cast resin block lie in the radial direction between an inner spacer 2 and an outer spacer 3.
  • the spacers 2 and 3 in turn consist of woven or non-woven mats made of glass or epoxy resin and are corrugated similar to corrugated paper.
  • the waves normally extend parallel to the winding axis, the wave cavity is approximately equal to the wavelength.
  • An inner jacket 5 of a casting mold is pressed against the inside of the inner spacer 2 in the direction of the arrows 4.
  • the pressing force required for this is transferred to the inner jacket 5 in a manner known per se by strips or other devices which are shifted on, KegeIn or inclined planes.
  • 5 balls or rollers are attached to the strips, not shown, along the lines of contact with the inner casing.
  • the inner casing 5 is so far spread under deformation of the inner spacer 2 regardless of diameter tolerances that the width of the gap to be filled with casting resin is only so large that the casting resin layer just withstands the electrical and / or mechanical stress to be expected during operation. Based on this and with regard to the mechanical load to be expected, the inner spacer 2 must be dimensioned beforehand.
  • an outer jacket 6 of a casting mold is placed, which essentially adheres to the waves of the outer spacer 3 as well as on the bandages comprising them.
  • an axially parallel bulge 7 is provided, which forms a reinforcement on the cast resin body for receiving the winding leads and connection contacts.
  • a slot 8 is provided which is flanked by wall strips 9 which are bent approximately in the radial direction and serves as a vent and pouring opening for the casting mold.
  • end mold walls 10 The end faces of the casting mold are closed by end mold walls 10, the side of which facing the inner jacket 5 and the outer jacket 6 is covered with a layer 11 of elastic material.
  • the end mold walls 10 are pressed with their layer 11 by an anchor plate 13 so strongly against the end edges of the inner casing 5 and the outer casing 6 that they are pressed into the elastic layer 11.
  • the required pressing force for the anchor plates 13 is applied by nuts 14 on a tie rod 12.
  • the arrangement of coils 1, the inner spacer 2 and the outer spacer 3, which is thus embedded in the casting mold from the inner shell 5, the outer shell 6 and the end mold walls 10, is evacuated to a complete vacuum in a chamber (not shown) and then poured out with pure epoxy resin or with an epoxy resin mixture containing up to 75% quartz powder. Depending on the existing conditions, the shape, the coils 1 and / or the casting resin are preheated.
  • the latter is exposed to atmospheric pressure or a higher pressure, so that casting resin is pressed into the casting mold from the excess resin present in the funnel formed by the wall strips 9 until the casting resin body has completely solidified.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in Gießharz eingebetteten Wicklungen für Transformatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Mit zunehmendem Einsatz von Gießharztransformatoren bekommt die Optimierung auch des eingesetzten Gießharzes steigende wirtschaftliche Bedeutung. Dabei wird eine gleich gute Ausnutzung der vorteilhaften elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Gießharzformstoffes angestrebt, wobei mögliche kleinere Wanddicken des Gießharzkörpers zusätzlich erhebliche thermische Vorteile bringen.
  • Durch die EP-A-31576 ist schon ein Verfahren zur Herstellung in Gießharz eingebetteter Wicklungen für elektrische Geräte bekannt, wonach imprägnierte, gewellte Isolierstoffmatten als Abstandhalter zur Fixierung der einzuhüllenden elektrischen Geräteteile in der Gießform dienen. Diese im Gießharzkörper verbleibenden Isolierstoffmatten bewirken gleichzeitig für den Gießharzformstoff eine Armierung, da sie die mechanische Belastbarkeit des Gießharzformstoffes erhöhten.
  • Durch das bekannte Verfahren werden auch Wicklungen aus in Achsrichtung hintereinanderliegenden Spulen vergossen, wobei das Vergießen, 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.
  • Zur Durchführung des bekannten Verfahrens sind jedoch Abstandhalter bzw. Armierungseinlagen in einer sehr großen Anzahl von verschiedenen Abmessungen erforderlich, die wiederum eine Vielzahl von teuren Hilfswerkzeugen zu ihrer Herstellung erfordern. Praktisch werden zur Begrenzung der Anzahl der zur Herstellung der Abstandhalter erforderlichen Hilfswerkzeuge nur Abstandhalter in bestimmten gegeneinander abgestuften Abmessungen hergestellt, so daß die elektrische und die mechanische Belastbarkeit der Gießharzkörper häufig nicht voll ausgenutzt ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei der Herstellung von in Gießharz eingebetteten Wicklungen die guten elektrischen und die durch eingelegte Armierung verbesserten mechanischen Eigenschaften des Gießharzkörpers voll ausnutzbar sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Zur Spreizung des innenliegenden Formmantels kann beispielsweise eine Vorrichtung gemäß der DE-C-22-11 685 eingesetzt werden, wonach auf dem Umfang eines im Durchmesser einstellbaren Wickelkernes vorgesehene Profilleisten ihre radiale Lage durch Verschieben auf Bolzen in schräg zur Achsrichtung angeordneten Nuten verändern.
  • Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstandhalter aus zwei Lagen von gewellten Isolierstoffmatten aufgebaut sind, wobei die Richtung der Wellfaltung einer Lage gegen die Wicklungsachse + 45° und die der anderen Lage - 45° beträgt, so daß sich die Wellfaltung der beiden Lagen unter 90° kreuzt. Weitere erfindungsgemäße Maßnahmen zur Anpassung des Gießharzkörpers an auftretende Belastungen bestehen darin, daß die Abstandhalter die Wicklung an beiden Enden in Achsrichtung überragen und daß in von den Spulen und den Abstandhaltern gebildete Kammern bei langsam rotierender Wicklung in Umfangsrichtung gestreckte Faserbündel eingelegt werden, und daß zur zusätzlichen Armierung des Gießharzkörpers auch Faserbündel in die achsparallelen Wellen der Abstandhalter eingelegt werden.
  • Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung werden als Abstandhalter mit reinem Gießharz imprägnierte Gewebe- oder Vliesmatten aus Glas- oder Polyesterfasern verwendet und dient als Gießharz mit Quarzmehl gefülltes oder reines Epoxydharz.
  • Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Spulen der Wicklung über den blanken inneren Mantel der Gießform geschoben sind und der innere Abstandhalter bei festgehaltenen Spulen zwischen den sich in Umfangsrichtung überlappenden Rändern des langsam rotierenden inneren Mantels der Gießform aus einem Magazin in derselben in seine Einbaulage gezogen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung in Gießharz eingebetteter Wicklungen von Transformatoren ist sehr vorteilhaft, denn es erlaubt die Anpassung der besonders wichtigen und kritischen Wandstärke des Gießharzumgusses auf der Innenseite der Wicklung durch Verformung der eingelegten Armierung auf praktisch jedes gewünschte Maß, wobei die Ausgangsabmessungen der Abstandhalter für jeweils einen größeren Bereich der Gießharzkörperwanddicke gleich sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ausführungsbeispiels für eine Gießform zum Umgießen einer Transformatorwicklung näher erläutert. Dabei zeigt
    • Figur 1 einen Quer- und
    • Figur 2 einen achsparallelen Längsschnitt durch eine zum Umgießen vorgesehene Transformatorwicklung.
  • 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 Abstandhalter 2 und einem äußeren Abstandhalter 3.
  • Die Abstandhalter 2 und 3 bestehen ihrerseits aus Gewebe- oder Vliesmatten aus Glas- oder Epoxydharz und sind ähnlich wie Wellpapier gewellt. Die Wellen erstrecken sich im Normalfall parallel zur Wicklungsachse, dabei ist die Wellenhölie ungefähr gleich der Wellenlänge.
  • An die Innenseite des inneren Abstandhalters 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, KegeIn oder 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 Rolle angebracht.
  • Der innere Mantel 5 wird unter Verformung des inneren Abstandhalters 2 unabhängig von Durchmessertoleranzen so weit gespreizt, daß die Breite des mit Gießharz auszufüllenden Spaltes nur so groß ist, daß die Gießharzschicht der im Betrieb zu erwartenden elektrischen und/oder mechanischen Beanspruchung gerade standhält. Ausgehend hiervon und im Hinblick auf die zu erwartende mechanische Belastung ist vorher der innere Abstandhalter 2 zu bemessen.
  • Bei insgesamt niedrigen elektrischen Beanspruchungen des Gießharzformstoffes und gleichzeitig hohen mechanischen Belastungen werden zur Beherrschung der letzteren in alle oder in einige der Wellen achsparallel ausgerichtete Faserbündel zur zusätzlichen Armierung des Gießharzkörpers eingelegt. Eine weitere Verfestigung des Gießharzkörpers ergibt sich durch Einwickeln von Faserbündeln in die ringförmigen Kammern, die von den Spulen 1 in axialer Richtung und von den Abstandhaltern 2 und 3 in radialer Richtung umschlossen sind. Schließlich tragen auch außen um den äußeren Abstandhalter 3 herumgelegte nicht dargestellte Bandagen zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Gießharzkörpers in Umfangsrichtung bei. Durch diese nicht dargestellten Bandagen ist es darüber hinaus möglich, auch die Stärke des von dem äußeren Abstandhalter 3 offen gehaltenen Spaltes unabhängig von Durchmessertoleranzen an den Spulen 1 einzustellen.
  • Um die Wicklungsanordnung aus den Spulen 1, dem von innen gegen diese gespreizten inneren Abstandhalter 2 und dem inneren Mantel 5 sowie dem von außen um die Spulen 1 bandagierten äußeren Abstandhalter 3 ist ein äußerer Mantel 6 einer Gießform gelegt, der sich im wesentlichen an die Wellen des äußeren Abstandhalters 3 sowie an die diesen umfassenden Bandagen anlegt. In dem äußeren Mantel 6 ist eine achsparallele Ausbuchtung 7 vorgesehen, die am Gießharzkörper eine Verstärkung zur Aufnahme der Wicklungsausleitungen und -anschlußkontakte formt. Gegenüber der Ausbuchtung 7 ist ein Schlitz 8 vorgesehen, der von in etwa in radialer Richtung abgekanteten Wandstreifen 9 flankiert ist und als Entlüftungs- und Eingußöffnung für die Gießform dient.
  • Die Stirnseiten 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.
  • 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 Abstandhalter 2 und dem äußeren Abstandhalter 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 % Quarzmehl aufweisenden Epoxydharzgemisch ausgegossen. Dabei sind je nach den vorliegenden Verhältnissen, die Form, die Spulen 1 und/oder das Gießharz vorgewärmt.
  • Im Anschluß an das Füllen der Gießform wird diese dem atmosphärischem Druck oder einem höheren Druck ausgesetzt, so daß aus dem im von den Wandstreifen 9 gebildeten Trichter vorhandenen Gießharzüberschuß Gießharz bis zur vollständigen Erstarrung des Gießharzkörpers in die Gießform nachgedrückt wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung in Gießharz eingebetteter Wicklungen für Transformatoren, bei denen
- die in Achsrichtung hintereinanderliegenden Spulen (1) der Wicklung je für sich und unabhängig voneinander gewickelt werden,
- imprägnierte, gewellte Isolierstoffmatten als in radialer Richtung wirkende Abstandhalter (2, 3) zwischen einem inneren Mantel (5) der Gießform und den Spulen (1) der Wicklung sowie zwischen diesen und einem äußeren Mantel (6) der Gießform eingefügt werden,
- der innere (5) und der äußere Mantel (6) der Gießform zwischen stirnseitigen Formwänden (10) fixiert werden,
- das Vergießen bei liegender Form in einer evakuierten Kammer durch einen achsparallelen Schlitz (8) im äußeren Mantel (6) der Gießform erfolgt und
- die Aushärtung der Gießharzmasse mindestens teilweise in der Form bei erhöhter Temperatur und bei atmosphärischem oder höheren Druck erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
- daß vor dem Vergießen der innere Mantel (5), der Gießform in radialer Richtung gespreizt wird, wobei seine sich in Umfangsrichtung überlappenden achsparallelen Ränder aufeinandergleiten, derart, daß die Ausdehnung des innenliegenden Abstandhalters (2) in radialer Richtung bis auf ein Sollmaß verkleinert wird,
- daß durch die Verformung des innenliegenden Abstandhalters (2) die Spulen (1) der Wicklung mittels Kraftschluß auf diesem Abstandhalter (2) fixiert werden und
- daß die stirnseitigen Formwände (10) an den stirnseitigen kanten des inneren (5) und des äußeren Mantels (6) der Gießform mit einer elastischen Schicht (11) anliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (2, 3) aus zwei Lagen der Isolierstoffmatten aufgebaut sind, wobei die Richtung der Wellfaltung einer Lage gegen die Wicklungsachse + 45° und die der anderen Lage - 45° beträgt, so daß sich die Wellfaltung der beiden Lagen unter 90° kreuzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (2, 3) die Wicklung an beiden Enden in Achsrichtung überragen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in von den Spulen (1) und den Abstandhaltern (2, 3) gebildete Kammern bei langsam rotierender Wicklung in Umfangsrichtung gestreckte Faserbündel eingelegt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Armierung des Gießharzkörpers Faserbündel in die achsparallelen Wellen der Abstandhalter (2, 3) eingelegt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandhalter (2, 3) mit reinem Gießharz imprägnierte Gewebe- oder Vliesmatten aus Glas- oder Kunststoffasern verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Abstandhalter (2, 3) dienenden Isolierstoffmatten erst nach ihrem Einbau in die Gießform imprägniert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Gießharz mit Quarzmehl gefülltes oder reines Epoxydharz verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform und/oder die Wicklung vorgeheizt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (1) über den blanken inneren Mantel (5) der Gießform geschoben sind und der innere Abstandhalter (2) bei festgehaltenen Spulen (1) zwischen den sich in Umfangsrichtung überlappenden Rändern des langsam rotierenden inneren Mantels (5) der Gießform aus einem Magazin in derselben in seine Einbaulage gezogen wird.
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