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Verfahren zur Herstellung von zwischen zwei Isolierzylinderrekfähigen
Winkelringen für Transformatoren und Drosselspulen Bekanntlich ist bei einem Wicklungsaufbau
für Transformatoren, die in einem elektrisch hoch beanspruchten Isolationsraum einen
unmittelbar auf die Wicklung folgenden Kühlkanal aufweisen, die Ausführung der Randisolation
besonders schwierig, da verschiedene Teile gegenläufige Forderungen zu erfüllen
haben. Das trifft bei den meisten Transformatorwicklungen höherer Spannung, die
als Scheibenspulenwicklungen, als verstürzte Wicklungen oder dergleichen ausgeführt
sind, zu. Bei ihnen grenzen an den außerhalb der Wicklung verlaufenden Kühlkanälen
zylindrische Isolierbarrieren an. Zwischen die zylindrischen Isolierbarrieren greifen
im Randgebiet der Wicklung Winkelringe ein, die sich mit den Zylindern überlappen
und soviel Spiel haben, daß sie beim Pressen in die Wicklung in axialer Richtung
hineingleiten können.
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Ein Ausführungsbeispiel einer solchen bekannten Anordnung zeigt F
i g. 1. Hier sind mit 1 die Unterspannungswicklung, mit 2 deren Schirmring, mit
3 die Oberspannungsstammwicklung, mit 4 deren Schirmring und mit 5 die zwischen
den einzelnen Spulen 3 verlaufenden radial ausgedehnten Ölkanäle bezeichnet. Ferner
sind mit 6 die an die OS-Wicklung radial angrenzenden mittels Leisten gebildeten
Kühlkanäle, mit 7 die an der Stirnseite axial angrenzenden Kühlkanäle, mit 8 die
an 6 radial angrenzenden Isolierbarrieren und mit 11 bzw. 12 die wiederum daran
angrenzenden Ölkanäle bzw. Zylinder bezeichnet. In 11 greift der Winkelring
10 ein, der beispielsweise aus Papier gewickelt ist und im radial verlaufenden
Teil beiderseits von ringförmigen Preßspanscheiben 9 eingefaßt ist.
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Im Randgebiet zwischen beiden Wicklungen besteht nun bekanntlich ein
sehr stark inhomogenes Feld, welches durch die in F i g. 1 gestrichelt eingezeichneten
Äquipotentiallinien mit dem Potential 10, 20, 30 % usw. charakterisiert wird. Man
erkennt nun, daß das freie Ölgebiet 14 von einem sehr starken Feld durchsetzt wird,
so daß die längste freie Ölstrecke, die durch den Pfeil 15 gekennzeichnet
ist, die Stelle höchster Beanspruchung darstellt.
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Die ständigen Bemühungen der eine Randfeldisolation entwerfenden Konstrukteure
versuchen die Strecke 15 möglichst klein zu halten, dabei aber eine Konstruktion
anzuwenden, die einfach ausfällt. Um dies zu erreichen, sind verschiedene Wege beschritten
worden, die aber immer gewisse Nachteile aufweisen. So ist die hauptsächlich verwendete
Ausführung entsprechend F i g. 1 vor allem dadurch benachteiligt, daß sowohl der
Winkelring 10 als auch der Isolierzylinder 8 Durchmessertoleranzen aufweisen
und ferner die weiter innen folgenden weicheren Zylinder von der runden Form abweichen,
so daß der Papierwinkelring 10 an diesen Umfangsstellen sich weiter nach
innen drückt als nach Zeichnung vorgesehen. Dadurch entsteht eine von der Zeichnung
abweichende Verlängerung der freien Ölstrecke 15, die einen übermäßigen Sicherheitszuschuß
verlangt, so daß man den Abstand zwischen den Wicklungen 1 und 3 auf Grund der geschilderten
Toleranzabweichungen unwirtschaftlich groß wählen muß.
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Eine Abhilfe dieser Toleranzabweichungen wird bei einer bekannten
Anordnung dadurch erreicht, daß der Winkelring 10 direkt an den Zylinder
8 anschließt und aus dem Zylinder 8 in bekannter Weise durch Umreißen entsteht.
Dadurch wird die in F i g. 1 gezeichnete Strecke 15 halbiert und eine entsprechende
Erhöhung der Isolationsfestigkeit der Anordnung erreicht, da bekanntlich die zulässige
Prüfspannung mit kleiner werdender Ölstrecke im kritischen Gebiet erhöht werden
kann. Ein Nachteil der geschilderten Anordnung mit direkt umgerissenem Winkelring,
bei dem keine Toleranzen auftreten, ist, daß beim Pressen oder bei der anschließend
an die Trocknung erfolgenden Ausdehnung der Wicklung der Winkelring 10 vom
zylindrischen Teil 11 abreißt, so daß zwischen 10 und 11
eine
klaffende Lücke entsteht, durch die hindurch die freie ölweglänge 15 .noch größer
wird als im Fall der F i g. 1; damit kann ein Durchschlag zwischen OS-und US-Wicklung
bei den verwendeten kleineren Abständen zwischen beiden Wicklungen eingeleitet werden.
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Eine dritte bekannte Methode der Isolationsgestaltung-.im Randfeld
benutzt .die_..Amrdnung entsprechend F i g. 1 mit folgender Abweichung. Im kritischen
Gebiet
14 wird die Isolation des Schirmringes 4
so vergrößert, daß sie direkt
am Zylinder 8 anliegt. Ferner wurde schon vorgeschlagen, noch zusätzlich
den Winkelring 10 so mit dem Zylinder 11 durch Anschärfen der ineinandergreifenden
Stirnseiten zu überlappen, daß beim Pressen der Kanal 6 nicht geschlossen, aber
auch nicht vergrößert wird und daß trotzdem die Toleranzabweichungen möglichst gering
gehalten werden. Ein Nachteil dieser beiden bekannten Anordnungen ist wiederum,
däß die Kühlung verschlechtert wird. Das Kühlöl kann nämlich nicht im Randgebiet
der Wicklung, insbesondere bei 14 verlaufen, sondern muß innerhalb der Wicklung
durch die Kanäle 5 im Randgebiet nach außen abgeleitet oder von außen geleitet werden.
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Durch die genannten Ausführungsformen gelingt es also nicht, alle
der folgenden drei Forderungen zugleich zu verwirklichen: 1. Der Kühlkanal soll
auch im Randgebiet außerhalb der Wicklung verlaufen.
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2. Der Winkelring 10 und Zylinder 8 sollen keine Durchmessertoleranzen
aufweisen, d. h. nicht an örtlichen Umfangsstellen erhebliche radiale Unterschiede
aufweisen.
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3. Der Winkelring 10. soll relativ zum Zylinder 8 beim
Pressen der Wicklung 3 axial verschoben werden können (gleitender Winkelring).
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zwischen
zwei Isolierzylindern gleitfähigen Winkelringen für Transformatoren und Drosselspulen,
bei dem erfindungsgemäß über den inneren Isolier-(Trag-)Zylinder weiteres bohnenförmig
aufgebrachtes Isoliermaterial mit beidseitigem überstand zur Vorbereitung der Winkelringe
gewickelt wird, wobei entsprechende ringartige Zwischenräume im Bereich des Isoliermaterials
für die auftretende spätere Längenänderung der Wicklung beim Trocknen und Pressen
vorgesehen werden; anschließend wird der äußere Isolierzylinder darüber gewickelt
und anschließend werden nach Fertigstellung der Wicklung die überstehenden Enden
der Isolierbahnen der Winkelringzylinder in an sich bekannter Weise durch Einreißen
und Umschlagen zu der Kontur der Wicklung angepaßten Winkelringen geformt: Bei der
Erfindung handelt es sich um ein besonderes Fertigungsverfahren für die Isolation.
Dadurch daß der Winkelring 10 direkt auf den Zylinder 12 aufgewickelt
wird, werden die Toleranzen zwischen beiden zu Null (Forderung 2). Toleranzen treten
bekanntlich immer dort auf, wenn ein Gebilde großen Durchmessers in einem und ein
zweites dazugehöriges Gebilde in einem zweiten Fertigungsverfahren hergestellt werden
und beim Zusammenbau beider Gebilde örtlich radiale Unterschiede auftreten, die
weit größer als die Größenordnung der Kühlkanalbreite 6 werden können, insbesondere
bei'Durchrnessern für Großtransformatoren von mehr als einem Meter.
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Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es außerdem, daß der Winkelring
10 beim Pressen der Wicklung 3 in die gerade dafür frei gelassene
Nut hineingleiten kann (Forderung 3), und schließlich wird erreicht, daß der Kühlkanal
auch im Randgebiet stets außerhalb der Wicklung verläuft (Forderung 1).
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über die geschilderten Vorteile hinaus ergibt das Verfahren nach der
Erfindung entsprechdnd F i g. 2 bis 3 den weiteren Vbrteil, daß gegenüber der bisherigen
Anordnung nach F i g. 1 nicht mehr der Tragzylinder 12 angrenzt, der meist
aus Hartpapier mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und einer niedrigen elektrischen
Festigkeit, besonders in Schichtrichtung, besteht, sondern der daraufgewickelte
Papierzylinder B. Damit wird, insbesondere bei Stoßbeanspruchungen, bei denen
in Schichtrichtung des Zylinders um so höhere Gradienten auftreten, je dichter die
Schichten an der Wicklung liegen, eine erhebliche Verbesserung der Isolationsfestigkeit
erreicht. Außerdem wird der zwischen dem Zylinder und der Wicklung anliegende Ölkanal
wegen der niedrigeren Dielektrizitätskonstante des Papiers gegenüber Hartpapier
entlastet.
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Im folgenden werden einige Beispiele von nach der Erfindung hergestellten
Isolationsanordnungen beschrieben. Dabei sind die Bezeichnungen gleichartig wie
bei F i g. 1 gewählt.
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F i g. 2 stellt die Randisolation auf der Innenseite der OS-Wicklung
dar und gibt den Zustand vor Umreißen des Winkelringes 10 wieder. F i g.
3 zeigt den Zustand nach dem Umreißen des Winkelringes 10.
Man erkennt, daß
die hochbeanspruchte Strecke in F i g. 3 dadurch konstruktiv kleiner gemacht werden
kann als in F i g. 1, daß man den nicht als Tragzylinder dienenden Zylinder
8 dünner wählt. In F i g. 1 ist das nicht möglich, weil hier 8 als
Tragzylinder ausgebildet ist und daher stärker sein muß.
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An Hand von F i g. 2 läßt sich als Beispiel folgender einfacher Fertigungsgang
beschreiben: Beim Herstellen der Wicklung 3 wird zuerst der Tragzylinder
12 auf die Wickelbank gebracht; dann wird der Teil des Zylinders
13 in ganzer Länge aufgewickelt, der der radialen Breite der unteren Leiste
16
entspricht. Darauf wird an beiden Stirnenden gleichmäßig vom Rand entfernt
der aufgewickelte Isolationszylinder 13 durchschnitten und an den beiden Stirnseiten
weggeschnitten, abgezogen und durch Leisten 16 ersetzt, die an den gleichen
Umfangsstellen, an denen auch die Distanzstücke 5 liegen, aufgebracht werden.
Dann wird wiederum auf der Gesamtbreite der Zylinder 13 vollständig aufgewickelt,
danach aber nach je zwei Einschnitten bei 11 auf beiden stirnseitigen Enden,
das aufgewickelte Isolationsmaterial bei 11 entfernt. Der Zylinder
13 zerfällt dadurch in 'drei Teile, einen oberen Teil 10, einen mittleren
Teil 13
und einen unteren Teil 10. Alle drei Teile lassen sich jedoch
noch nicht axial verschieben, da sie straff aufgewickelt und die Leisten
16 noch nicht entfernt sind.
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Jetzt wird von den äußeren Zylinderteilen 10 so viel Lagenpapier
abgewickelt, daß die in F i g. 2 angegebenen oberen Leisten 16 aufgebracht
und etwa durch ein Band am Umfang gehalten werden können. Diese vorübergehenden
Halterungen können auch bei den unteren Leisten 16 angewandt werden. Dann wird der
Zylinder 8 auf der ganzen Länge aufgewikkelt, darauf die Leisten
16 gelegt und darauf schließlich die Wicklung 3 gewickelt sowie der
Schirmring 4
an den Stirnseiten angebracht. Jetzt werden die Wicklung gepreßt,
verspannt und sowohl die Zylinder 12
als auch 8 auf die richtige Länge
gekürzt.
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Erst jetzt werden die Leisten 16 oben innerhalb und außerhalb des
Zylinderteils 10 entfernt. Anschließend wird 10 um die auf Schirmring
4 gebrachten Teile 7 und 9 umgerissen; erst jetzt ist der Winkelring
10 fertiggestellt und kann durch eine obere Deckscheibe gehalten und fixiert
werden. In gleicher Weise wird dann auf der unteren Seite der Wicklung verfahren.
Nach
Entfernen der Leisten 16 sitzen die Winkelringe 10 locker in der Ringnut
und lassen sich in dieser in beiden Richtungen axial verschieben, ohne daß die freie
ölweglänge von 15 an irgendeiner Umfangstelle vergrößert wird.
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F i g. 3 zeigt die Wicklung und insbesondere den Schirmring in der
endgültigen Fertigungslage nach dem Umreißen von 10.
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Während in F i g. 2 und 3 die Verhältnisse im Randfeld innerhalb der
OS-Stammwicklung 3 beschrieben sind, geschieht dies in F i g. 4 für die Verhältnisse
außerhalb der OS-Stammwicklung 3. Dabei wird der gleiche im Hauptanspruch beschriebene
Grundgedanke der Erfindung angewendet, nur mit dem Unterschied, daß diesmal nicht
der Zylinder 8 der Tragzylinder ist, sondern der Zylinder, der auf die Wicklung
3 aufgesetzt wird, nachdem auf diese die Leisten 16 gelegt sind. Dann wird in gleicher
Weise - wie bei der Beschreibung von F i g. 2 geschildert - der Fertigungsablauf
vorgesehen, nur mit dem Unterschied, daß der durch Aufwickeln, Aufschneiden und
Umreißen entstandene Winkelring 10 nicht nach außen, sondern diesmal nach
innen umgerissen wird. Dadurch bildet der Winkelring 10 in F i g. 4 eine gleich
wirksame Barriere für das Randfeld außerhalb der OS-Wicklung. Das gilt insbesondere,
wenn außerhalb der OS-Wicklung eine Regelwicklung 17 vorgesehen ist. Diese kann
dabei in bekannter Weise die Grobstufe darstellen und als Lagenwicklung gewikkelt
sein.
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Auf die Regelwicklung 17 wird dann als weitere Lage die bekannte Ausführung
einer Feinstufe mit ineinandergewickelten Stufen vorgesehen. Zwischen der Stammwicklung
3 und der Grobwicklung 17 fällt nun fast die gesamte Stoßspannung ab, die bei der
Stoßprüfung des Transformators auf die Transformatorklemme trifft. Deswegen muß
die Isolation zwischen 3 und 17 in ähnlicher Weise ausgeführt werden wie die Isolation
zwischen 3 und 1.
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F i g. 4 zeigt die hier herrschenden Verhältnisse. Dabei ist mit 18
die unter der Grobwicklung liegende zylinderförmige im Randgebiet umgerissene Isolation
bezeichnet. Die eingezeichneten Pfeile geben den Verlauf der Kühlströmung wieder.
Das unmittelbar innerhalb und außerhalb der Wicklung in den Axialkanälen 6 und 6'
gesammelte Kühlöl fließt auf der Stirnseite durch den axialen Kühlspalt ab; dabei
wird 19 als frei bleibender Zwischenraum zwischen den Winkelringen 10 bzw.10' und
den Ringscheiben 9 bzw. 9' gebildet.
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Durch die Maßnahmen der Erfindung gelingt es, sowohl den radialen
Hauptabstand zwischen der OS-Wicklung 3 und der US-Wicklung 1 als auch denjenigen
zwischen der OS-Stammwicklung 3 und der Grobwicklung 17 erheblich zu verkleinern;
als Folge davon verringern sich die Kosten des Transformators sowie dessen Verluste
entscheidend.