专利名称：具有绝缘层的多层变压器绕组的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种多层变压器绕组的制造方法，其中在围绕绕组体卷绕导线层期间 或者之后，分别将电绝缘材料层施加在其径向外部的表面上。本发明还涉及一种多层变压 器绕组，其可以利用根据本发明的方法来制造。
背景技术：
众所周知的是，即当制造电力变压器的绕组时，例如在几kVA至超过50MVA的额定 功率范围中，围绕绕组体卷绕多个导线层，以及这些导线层除了围绕导线的绝缘层之外还 需要保持彼此电绝缘。这种绝缘应该尽可能不含有残留空气，这是因为其对绝缘材料的电 绝缘性能产生不利影响。绝缘层例如根据DE4445423B4借助于带状的玻璃织物制成，其多次螺旋形地围绕 着需要绝缘的导线层卷绕，其中这种所谓的玻璃纤维纱在马上要进行卷绕过程之前灌注了 液体树脂。在整个变压器绕组的卷绕过程结束之后，为了使得树脂硬化而对其进行加热，例 如加热到160°C，并且在这之后再次冷却到周围环境温度。在这个程序中，绝缘层的卷绕过程在绝缘材料的潮湿的、也即灌注了树脂的状态 中进行，并且由此需要相对较长的时间。
发明内容
从这个现有技术出发，本发明的目的在于，提出一种变压器绕组的尽可能更快速 的制造方法以及一种与之相应的变压器绕组。该目的根据本发明通过一种具有在权利要求1中所述的特征的、多层变压器绕组 的制造方法来实现。因此，开头所述类型的多层变压器绕组的制造方法的特征在于，将干燥的纤维复 合材料应用为绝缘材料，以及纤维复合材料通过将变压器绕组加热到预定的接合温度而接 合成绝缘层。通过应用干燥的绝缘材料可以显著地降低绝缘层的制造过程的时间需求，例如通 过提高绝缘材料的卷绕速度来实现时间需求的降低。变压器绕组的生产费用同样也有利地 降低，这是因为不需要在现场灌注绝缘材料。这例如在绝缘材料的制造厂商那里或者在与 卷绕过程无关的程序中就已经实现了。提供了一种已经灌注好并且经干燥的绝缘材料来作 为用于制造变压器绕组的半成品。供应例如可以以围绕线圈体卷绕的带状的绝缘材料的形式来实现，这尤其对于其 进一步加工来说是有利的。这种带状的材料应该多次地螺旋形围绕着需要绝缘的导线层来 卷绕，从而达到围绕导线层的全部周边的所期望的按照设计需求的最小的绝缘厚度。在卷 绕过程中需要注意的是，即这些相应的带尽可能紧密地并且无残留空气地来卷绕。绝缘的材料适合作为用于灌注的载体材料，绝缘的材料例如是由玻璃、聚酯或另 一绝缘材料制成的编织带，其相关于后续的加热过程具有足够的耐高温性。灌注材料例如可以是树脂。在卷绕具有绝缘的多层变压器绕组的过程结束之后，将其加热到确定的接合 温度。由此，预先灌注的绝缘材料的灌注被液化并且纤维复合材料的彼此毗邻的匝 (ffendelungen)接合成一个单元。可能出现的空腔被部分地填充。这种加热过程例如可以 在大小合适的炉子里进行。随后进行了到周围环境温度的冷却过程，其中灌注物被硬化。证明为有利的是，即为带状的绝缘材料的灌注或者绝缘材料添加上材料添加物， 该材料添加物当第一次达到确定的膨胀温度时不可逆地膨胀。这种材料添加物例如是产品“Expancel”，其在例如为160°C的膨胀温度时具有唯 一的(einmalige)不可逆的膨胀阶段。需要为加热过程相应选择来自于接合温度和膨胀温 度的较高温度。在变压器绕组的卷绕过程之后，也就可能在导线层的各个导线之间存在空腔。当 卷绕干燥的绝缘材料的各个线路时也可能产生空腔。这种空腔对绝缘材料的绝缘性能产生 损害并且由这样一种材料添加物有利地填充。因此，整个绝缘层的绝缘性能可进一步得到 提高并且超过了传统地、在潮湿状态下制造的绝缘层的绝缘性能。当确定可膨胀的材料的比例时需要考虑的是，当第一次加热到确定的膨胀温度时 所产生的体积增量大约符合于需要填充的空腔的预计体积。在另一个根据本发明的制造方法的设计方案中，在绕组体的径向外部的表面上， 在径向最内侧的导线层的卷绕过程之前，首先施加一层电绝缘材料。由此进一步提高了已经制成的变压器绕组的绝缘性能。在根据本发明的制造方法的一个有利的变体中，在至少一个导线层的卷绕过程开 始之前，首先在绕组的径向外部的表面上施加至少一个在轴向方向上走向的冷却通道。电力变压器经常需要冷却通道，以便将运行时出现的损耗热量传输走。这些通道 通常在整个轴向的绕组长度上延伸。这样一种冷却通道例如可以由两个彼此推入的管件构 成并且在两个导线层之间围绕变压器绕组的绕组轴线的整个周边，沿着其整个轴向长度走 向。在制造方法的一个改进方案中，在卷绕了与其径向外部相邻的导线层之前，在冷 却通道的径向外部的表面上施加有绝缘材料。由此可以进一步提高变压器绕组的绝缘性能。冷却通道由电绝缘材料制成，这也符合于根据本发明的方法的思想。其以这种方式承担了在围绕它的导线层之间的绝缘功能，并且不需要附加的绝缘 层。本发明的目的也通过一种多层变压器绕组来实现，其具有在绕组层之间的至少一 层绝缘材料，其中，绝缘材料是干燥的纤维复合材料，该纤维复合材料通过将变压器绕组加 热到预定的接合温度而可以接合成绝缘层。这样一种绕组基于干燥的绝缘材料而可以尤其快速地制成。在变压器绕组的一个优选的实施方式中，绝缘材料包含通过第一次加热到确定的 膨胀温度而可不可逆地膨胀的材料添加物。以这种方式，绝缘层的耐压强度和使用寿命尤其可以提高，这是因为可能出现的 空腔(其在将绕组加热到膨胀温度或接合温度之前就存在于绝缘材料中)当达到膨胀温度时可通过体积膨胀被填充。在根据本发明的变压器绕组的另一个设计方案中，其具有分别带有多个径 向相叠放置的导线层的多个分别轴向毗邻的部分区域，其中，在至少一个导线层的层 (Leiterlagenschicht)中，至少两个相应部分区域的在其中包含的轴向彼此相邻的导线层 在边界区域彼此电隔离。出于绝缘技术的原因，通常适宜的就是，通过变压器绕组的这种构造来降低邻近 的导线的电压负载，或者在一个绕组中也布置了两个完全地电隔离的绕组导线。根据本发明的制造方法和由此产生的变压器绕组的另外的有利的设计方案可能 性可以由另外的权利要求中得出。
下面参照附图中示出的实施例，对本发明、另外的实施方式和另外的优点加以详 细说明。图中示出图1示出了在第一次加热到接合温度之前制成的第一变压器绕组，图2示出了在第一次加热到膨胀温度之后制成的第二变压器绕组。
具体实施例方式图1以示意性的视图示出了根据本发明在加热到接合温度之前制成的第一变压 器绕组10。在制造开始之前，绕组体11 (其确定了需要制造的变压器绕组的通畅(lichten) 的内径)定位在合适的、然而在图1中未示出的制造平台上。随后将带状的、被灌注的并且干燥的纤维复合材料(其例如在卷轴(Rolle)上由 供应商提供)以多个螺旋形的层的形式围绕着绕组体11卷绕，直至达到绝缘的预定的最 小层厚度为止。但绝对可能的是，即为一层的卷绕过程首先选择丝状(fadenaehnlicher) 复合材料，以便使得导线层的表面上的不平坦之处变得平滑并且随后过渡到带状的复合材 料。卷绕过程例如借助于在图1中未示出的卷绕机器来进行，其中布置在需要制造的线圈 上的卷绕臂在其一个端部上可围绕旋转轴线12旋转地安置并且在其另一个端部上具有对 于所提供的纤维复合材料的卷轴的容纳可能性。以这种方式可以通过臂围绕旋转轴线12 的旋转来简单地施加带状的纤维复合材料。在第一变压器绕组10的第一绝缘材料层31的卷绕过程结束之后，其在绕组体11 的整个周边上和其整个轴向长度14上以最小整体层厚度，由干燥的绝缘材料所覆盖，其中 第一绕组10旋转对称地围绕所设想的旋转轴线12。最小层厚度根据需要达到的绝缘层耐 压性能而变化并且可以在例如从大约1mm至20mm的范围中变化。在卷绕时需要注意的是， 即在所卷绕的绝缘层中尽可能没有残留空气。随后施加第一导线层21，其中将由绝缘层包围的导线螺旋形地在整个绕组长度 14上施加。随后，类似于在第一导线层21上的第一绝缘材料层31，来施加第二绝缘材料层 32，在其上又卷绕了第二导线层22。需要注意的是，即第一导线层21和第二导线层22在绕 组10的两个端部之一上电连接。还需要注意的是，即在邻近的导线之间和在绝缘材料31，32，33的层中可能出现空腔40，其降低了绝缘层的绝缘强度。绝缘强度的这种降低在变压器绕组的相应的设计中 并不对绝缘层的基本功能造成损害。随后，将制成的变压器绕组10加热到确定的最低温度，其符合于接合温度并且对 于基于树脂的绝缘系统来说，处于从例如120°C至160°C的温度范围中。这种加热过程优选 地在合适大小的炉子中进行，其中加热时间这样设定，即将整个变压器绕组加热到额定温 度。根据绕组的大小不同，在炉子中的时间可以在从15分钟到多个小时的范围中，然而这 对于技术人员来说是众所周知的。图2示出了具有与第一变压器绕组10类似的绕组构造的第二制成的变压器绕组 50，但是与其区别在于第一次加热到临界温度之后。已经预先为绝缘材料添加了当第一次 达到膨胀温度时不可逆地膨胀的材料添加物。加热的临界温度在该实例中符合于来自接合 温度和膨胀温度的较高温度。优选地这样添加材料添加物，即在将第一绝缘材料层施加到绕组体51上之前，施 加材料添加物的一个附加层并且在施加第一绝缘材料层之后，施加了材料添加物的另一个 附加层。在各个另外绝缘材料层上相应地类似进行操作。但也可容易地考虑到，即例如带 状的纤维复合材料的灌注在其制造时就已添加了这样的材料添加物。这样一种当第一次达到膨胀温度时不可逆地膨胀的材料添加物例如是在市场上 已知为“Expancel”的产品。“Expancel”的特征在于，即在气密的、仅仅几微米大小的塑料 壳中装入了精确测定量的发泡剂(Treibmittel)。如果这种微球体升温或者加热，则塑料壳 变软，发泡剂气化，并且微球体不可逆地以限定的方式膨胀。但也可以考虑具有类似性质的 另外的材料添加物，还有这种按照另外的作用原理工作的材料添加物，例如是基于化学的 过程而发生膨胀。图2还示出了，通过前述的第一次升温到临界温度，实现了材料添加物的体积膨 胀并且图1中显示的空腔40和绝缘材料层31，32，33现在是绝缘区域80的部分。有利地， 在绝缘区域80中不存在空腔，其具有在导线层之间的多个绝缘层。当确定材料添加物的量时需要注意的是，即当膨胀到大约所期望的体积时，体积 增量符合于需要填充的空腔。在制成的绕组中未被填充的空腔的体积的进一步减小还可以由此实现，即在炉子 中在类似于真空的条件下进行加热过程。参考标号表10在第一次加热之前制成的第一变压器绕组11第一变压器绕组的绕组体12第一变压器绕组的旋转轴线14第一变压器绕组的长度21第一变压器绕组的第一导线层22第一变压器绕组的第二导线层31第一变压器绕组的第一绝缘材料层32第一变压器绕组的第二绝缘材料层33第一变压器绕组的第三绝缘材料层40第一变压器绕组的空腔
50在第一次加热之后支撑的第二变压器绕组
51第二变压器绕组的绕组体
52第二变压器绕组的旋转轴线
80第二变压器绕组的绝缘区域
权利要求
一种多层变压器绕组(10)的制造方法，其中在围绕绕组体(11)卷绕导线层(21，22，23)期间或者之后，分别将电绝缘材料层(32，33)施加在其径向外部的表面上，其特征在于，将干燥的纤维复合材料应用为绝缘材料，以及所述纤维复合材料通过将所述变压器绕组(10)加热到预定的接合温度而接合成绝缘层。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，为所述绝缘材料添加或已经添加了 当第一次达到确定的膨胀温度时不可逆地膨胀的材料添加物。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述材料添加物这样来配量，即基于 材料添加物的量的体积增量大约符合于在所述变压器绕组(10)中所包含的空腔(40)的总 体积。
4.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，在所述绕组体(11)的所 述径向外部的表面上，在径向最内侧的导线层(21)的卷绕过程之前，首先施加电绝缘材料 层(31)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，在至少一个确定的导线 层(21，22，23)的卷绕开始之前，首先在部分制造完成的绕组的径向外部的表面上施加至 少一个在轴向方向上走向的冷却通道。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在卷绕与其径向外部相邻的导线层 (21,22,23)之前，在所述冷却通道的径向外部的表面上施加有绝缘材料。
7.根据权利要求5或6所述的制造方法，其特征在于，所述冷却通道由电绝缘材料制成。
8.一种多层变压器绕组(10)，在绕组层(21，22，23)之间具有至少一个绝缘材料层 (32，33)，其特征在于，所述绝缘材料是干燥的纤维复合材料，以及所述纤维复合材料通过 将所述变压器绕组(10)加热到预定的接合温度而可以接合成绝缘层。
9.根据权利要求8所述的多层变压器绕组(10)，其特征在于，所述绝缘材料包含通过 第一次加热到确定的膨胀温度而不可逆地膨胀的材料添加物。
10.根据权利要求8或9所述的多层变压器绕组(10)，其特征在于，存在分别具有多个 径向相叠放置的导线层(21，22，23)的多个分别轴向毗邻的部分区域，以及在至少一个导 线层的层中，至少两个在其中包含的、轴向彼此相邻的导线层彼此并不直接电连接。
11.一种多层变压器绕组(50)，在绕组层(21，22，23)之间具有至少一个绝缘层，其特 征在于，所述至少一个绝缘层的绝缘材料包含通过第一次加热到确定的膨胀温度而不可逆 地膨胀的材料添加物。
全文摘要
本发明涉及一种多层变压器绕组(10)的制造方法，其中在围绕绕组体(11)卷绕导线层(21，22，23)期间或者之后，分别将电绝缘材料层(32，33)施加在其径向外部的表面上。将干燥的纤维复合材料应用为绝缘材料。此外，该纤维复合材料通过将变压器绕组(10)加热到预定的接合温度而接合成绝缘层。本发明还涉及一种多层变压器绕组，其可以利用根据本发明的制造方法来制造。
文档编号H01F27/32GK101855684SQ200880116361
公开日2010年10月6日 申请日期2008年10月25日 优先权日2007年11月10日
发明者B·韦伯, C·格鲁特纳, J·尼尔格斯, K·齐尔曼, R·霍夫曼 申请人:Abb技术有限公司