Ein Beitrag zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit von Wickelgütern am Beispiel von Niederspannungsisolierungen:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German English |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2006
|
| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 21, Elektrotechnik ; 374 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zsfassung in engl. Sprache |
| Beschreibung: | XV, 226 S. Ill., graph. Darst. 21 cm |
| ISBN: | 3183374218 |
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|---|---|
| adam_text | 1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Grundlagen und derzeitiger Stand der Erkenntnisse 6
2.1 Aufbau einer Wicklung mit Niederspannungsisolierung 6
2.2 Thermische Beanspruchung der Wicklungsisolierung 8
2.3 Elektrische Belastung der Wicklungsisolierung im Umrichterverbund 10
2.3.1 Nichtlineare Spannungsverteilung in der Wicklung 10
2.3.2 Teilentladungen und Spannungsdurchschlag 15
2.3.3 Feldverdrängung in der Wicklung 19
2.4 Lösungs wege zur Steigerung der Lebensdauer von Wickelgütern 21
2.4.1 Imprägnier- und Vergusstechnologien 23
2.4.1.1 Harzisolierung mittels Imprägniertechnik unter atmos¬
phärischem Druck 23
2.4.1.1.1 Abhängigkeit der Harzeindringgeschwindigkeit vom Kapillar- und
externen Druck 26
2.4.1.1.2 Prozessablauf des Gelier- und Härtungsvorgangs 29
2.4.1.1.3 Abhängigkeit des Kapillardruckes von Geometrie und Werk¬
stoffeigenschaften 31
2.4.1.1.4 Abhängigkeit des Harzfüllfaktors von der Verweilzeit der
Wicklung unter Harz und der Wicklungspermeabilität 33
2.4.1.2 Harzisolierung mittels Vakuum-Überdruckimprägniertechnik 35
2.4.1.3 Vergusstechnik unter atmosphärischem Druck oder
Vakuum / Überdruck 39
2.5 Messaufbau zur Untersuchung des Teilentladungsverhaltens von Wicklungen 41
3 Strom-HF-Technologie, ein neues Imprägnierverfah¬
ren mit neuen umweltverträglichen Tränkharzen 46
3.1 Problemlage 46
3.2 Ein neues Imprägnierverfahren für eine hohe Harzaufnahme und Lebensdauer
von Wickelgütern 48
3.3 Strom-UV-Technologie 48
3.3.1 Prozessschritte der Strom-UV-Technologie 50
3.4 Prozesstechnik für den thermisch lose gekoppelten Aufbau von Wicklung
und Kern 55
3.4.1 Prozessschritte während der Imprägnierung der Wicklung 57
3.4.2 HF-Erwärmung von Eisenkern und Tränkharz 61
3.5 Tränkharze zur Imprägnierung von Wickelgütern 65
3.5.1 Lösungsmittelhaltige Tränkharze 65
3.5.2 Monomerfreie,- lösungsmittelarme Tränkharze 66
3.5.2.1 Eigenschaften der Tränkharze 67
3.5.2.1.1 Vorteile der Tränkharze 67
3.5.2.1.2 Nachteile der Tränkharze 68
3.6 Strom-HF-Anlage 70
3.6.1 Anforderungen an die Anlage 70
3.6.2 Aufbau der Versuchsanlage 72
4 Entwicklung des Strom-HF-Verfahrens 75
4.1 Folienwicklungen 77
4.1.1 Einsatzgebiet und Aufbau heutiger Eisenkemdrosseln 77
4.1.2 Imprägniervorgang bei Wickelgütern mit Folienwickelleitern 80
4.1.2.1 Imprägniervorgang unter atmosphärischem Druck 81
4.1.2.1.1 Imprägnierung eines Windungsteilstücks 82
4.1.2.1.2 Imprägnierung einer kompletten Folienleiterwicklung 85
4.1.2.1.3 Reduzierung der Gaseinschlüsse 94
4.1.2.1.4 Absicherung der Vorteile des neuen Imprägnierverfahrens 96
4.1.2.2 Imprägniervorgang unter Vakuum 97
4.1.3 Einfluss von Isolierfolien auf die Harzbenetzung 105
4.1.3.1 Isolierfolien 105
4.1.3.2 Untersuchungen und Ergebnisse mit unterschiedlichen Isoliermaterialien . 106
4.1.4 Der gesickte Folienwickelleiter 108
4.1.4.1 Dimensionierung und Herstellung gesickter Folienwickelleiter 108
4.1.4.2 Imprägnierung gesickter Folienleiter unter atmosphärischem Druck 111
4.1.4.3 Imprägnierung gesickter Folienleiter unter Vakuum 114
4.1.5 Einfluss der Benetzung der Folien wicklung auf das TE-Verhalten 116
4.1.6 Versiegelung von Folienleiterwicklungen 120
4.2 Flachdrahtwicklungen 122
4.2.1 Einsatzgebiet und Aufbau 122
4.2.2 Spezielle Prozessparameter und Imprägnierergebnisse 123
4.3 Runddrahtwicklungen 127
4.3.1 Einsatzgebiet und Aufbau 127
4.3.2 Aufbau stoßspannungsfester Wicklungen 128
4.3.3 Kapillarität in Runddrahtwicklungen 130
4.3.4 Harzschichtdicken als Funktion von Zeit und Temperatur 134
4.3.4.1 Harzschichtdicken auf Runddrahtleitern 134
4.3.4.2 Harzschichtdicken auf Folienwickelleitern 137
4.3.4.3 Harzschichtdicken bei Mehrfachgelierungen 139
4.3.4.4 Harzschichtdicken auf Runddraht- und Folienleiterwicklungen 140
4.3.5 Imprägnierung von Runddrahtwicklungen 142
4.3.5.1 Harzbenetzung in Abhängigkeit vom Wicklungsaufbau 143
4.3.5.2 Harzbenetzung in Abhängigkeit vom Imprägnierverfahren 145
4.3.6 Einfluss der Trockenharzaufnahme auf die Wicklungstemperatur 151
5 Untersuchungen zur induktiven Erwärmung des Ei¬
senkerns 155
5.1 Erwärmung des Eisenkern durch die Eisen- und Kupferverluste eines Wickel¬
gutes 155
5.1.1 Drosselbelastung aufgrund der zur Kernerwärmung erforderlichen
Betriebsdaten 158
5.2 Grundlagen der induktiven Erwärmung 159
5.2.1 Wirbelstromverluste 159
5.2.2 Hystereseverluste 164
5.3 Erwärmung des Eisenkerns mit Hilfe der induktiven Erwärmung 165
5.3.1 Einfluss der Ausrichtung der magnetischen Achse des Wickelgutes im
Induktorfeld auf die induzierte Spannung und Kernerwärmung 165
5.3.2 Bestimmung der optimalen Betriebsfrequenz der Induktorspule 167
5.3.3 Erwärmung von Eisenkernen in elektromagnetischen Felder unterschied¬
licher Frequenz und Stärke 169
5.3.4 Induzierte Spannung in Abhängigkeit von Frequenz und magnetischer
Feldstärke des Induktorfeldes 178
6 Untersuchungen zur dielektrischen Erwärmung von
Tränkharz auf Nichtleitern ist
6.1 Grundlagen der dielektrischen Erwärmung 182
6.2 Untersuchungen zum Polarisationsverhalten der neuen Tränkharze 184
6.2.1 Theoretische Betrachtungen zur dielektrischen Aushärtung 185
6.2.2 Praktische Untersuchungen zur dielektrischen Aushärtung 187
6.3 Hochfrequente Spannungen und Entladungen während der dielektrischen
Erwärmung 188
6.4 Aufbau und Funktionsweise eines Mikrowellengerätes 194
6.5 Das Funktionsprinzip der VFM-Mikrowellentechnik 195
6.6 Untersuchungen zur dielektrischen Aushärtung von Tränkharzen mit Hilfe
der VFM-Technologie 196
6.6.1 Aushärtung von Tränkharz in Kunststoffbechern und auf Kunststofffolien 196
6.6.2 Untersuchungen zur dielektrischen Aushärtung auf Wickelgütern 202
6.7 Der thermische run-away-Effekt in Isolierstoffen 204
7 Zusammenfassung 206
8 Ausblick 212
Literaturverzeichnis 213
|
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1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Grundlagen und derzeitiger Stand der Erkenntnisse 6
2.1 Aufbau einer Wicklung mit Niederspannungsisolierung 6
2.2 Thermische Beanspruchung der Wicklungsisolierung 8
2.3 Elektrische Belastung der Wicklungsisolierung im Umrichterverbund 10
2.3.1 Nichtlineare Spannungsverteilung in der Wicklung 10
2.3.2 Teilentladungen und Spannungsdurchschlag 15
2.3.3 Feldverdrängung in der Wicklung 19
2.4 Lösungs wege zur Steigerung der Lebensdauer von Wickelgütern 21
2.4.1 Imprägnier- und Vergusstechnologien 23
2.4.1.1 Harzisolierung mittels Imprägniertechnik unter atmos¬
phärischem Druck 23
2.4.1.1.1 Abhängigkeit der Harzeindringgeschwindigkeit vom Kapillar- und
externen Druck 26
2.4.1.1.2 Prozessablauf des Gelier- und Härtungsvorgangs 29
2.4.1.1.3 Abhängigkeit des Kapillardruckes von Geometrie und Werk¬
stoffeigenschaften 31
2.4.1.1.4 Abhängigkeit des Harzfüllfaktors von der Verweilzeit der
Wicklung unter Harz und der Wicklungspermeabilität 33
2.4.1.2 Harzisolierung mittels Vakuum-Überdruckimprägniertechnik 35
2.4.1.3 Vergusstechnik unter atmosphärischem Druck oder
Vakuum / Überdruck 39
2.5 Messaufbau zur Untersuchung des Teilentladungsverhaltens von Wicklungen 41
3 Strom-HF-Technologie, ein neues Imprägnierverfah¬
ren mit neuen umweltverträglichen Tränkharzen 46
3.1 Problemlage 46
3.2 Ein neues Imprägnierverfahren für eine hohe Harzaufnahme und Lebensdauer
von Wickelgütern 48
3.3 Strom-UV-Technologie 48
3.3.1 Prozessschritte der Strom-UV-Technologie 50
3.4 Prozesstechnik für den thermisch lose gekoppelten Aufbau von Wicklung
und Kern 55
3.4.1 Prozessschritte während der Imprägnierung der Wicklung 57
3.4.2 HF-Erwärmung von Eisenkern und Tränkharz 61
3.5 Tränkharze zur Imprägnierung von Wickelgütern 65
3.5.1 Lösungsmittelhaltige Tränkharze 65
3.5.2 Monomerfreie,- lösungsmittelarme Tränkharze 66
3.5.2.1 Eigenschaften der Tränkharze 67
3.5.2.1.1 Vorteile der Tränkharze 67
3.5.2.1.2 Nachteile der Tränkharze 68
3.6 Strom-HF-Anlage 70
3.6.1 Anforderungen an die Anlage 70
3.6.2 Aufbau der Versuchsanlage 72
4 Entwicklung des Strom-HF-Verfahrens 75
4.1 Folienwicklungen 77
4.1.1 Einsatzgebiet und Aufbau heutiger Eisenkemdrosseln 77
4.1.2 Imprägniervorgang bei Wickelgütern mit Folienwickelleitern 80
4.1.2.1 Imprägniervorgang unter atmosphärischem Druck 81
4.1.2.1.1 Imprägnierung eines Windungsteilstücks 82
4.1.2.1.2 Imprägnierung einer kompletten Folienleiterwicklung 85
4.1.2.1.3 Reduzierung der Gaseinschlüsse 94
4.1.2.1.4 Absicherung der Vorteile des neuen Imprägnierverfahrens 96
4.1.2.2 Imprägniervorgang unter Vakuum 97
4.1.3 Einfluss von Isolierfolien auf die Harzbenetzung 105
4.1.3.1 Isolierfolien 105
4.1.3.2 Untersuchungen und Ergebnisse mit unterschiedlichen Isoliermaterialien . 106
4.1.4 Der gesickte Folienwickelleiter 108
4.1.4.1 Dimensionierung und Herstellung gesickter Folienwickelleiter 108
4.1.4.2 Imprägnierung gesickter Folienleiter unter atmosphärischem Druck 111
4.1.4.3 Imprägnierung gesickter Folienleiter unter Vakuum 114
4.1.5 Einfluss der Benetzung der Folien wicklung auf das TE-Verhalten 116
4.1.6 Versiegelung von Folienleiterwicklungen 120
4.2 Flachdrahtwicklungen 122
4.2.1 Einsatzgebiet und Aufbau 122
4.2.2 Spezielle Prozessparameter und Imprägnierergebnisse 123
4.3 Runddrahtwicklungen 127
4.3.1 Einsatzgebiet und Aufbau 127
4.3.2 Aufbau stoßspannungsfester Wicklungen 128
4.3.3 Kapillarität in Runddrahtwicklungen 130
4.3.4 Harzschichtdicken als Funktion von Zeit und Temperatur 134
4.3.4.1 Harzschichtdicken auf Runddrahtleitern 134
4.3.4.2 Harzschichtdicken auf Folienwickelleitern 137
4.3.4.3 Harzschichtdicken bei Mehrfachgelierungen 139
4.3.4.4 Harzschichtdicken auf Runddraht- und Folienleiterwicklungen 140
4.3.5 Imprägnierung von Runddrahtwicklungen 142
4.3.5.1 Harzbenetzung in Abhängigkeit vom Wicklungsaufbau 143
4.3.5.2 Harzbenetzung in Abhängigkeit vom Imprägnierverfahren 145
4.3.6 Einfluss der Trockenharzaufnahme auf die Wicklungstemperatur 151
5 Untersuchungen zur induktiven Erwärmung des Ei¬
senkerns 155
5.1 Erwärmung des Eisenkern durch die Eisen- und Kupferverluste eines Wickel¬
gutes 155
5.1.1 Drosselbelastung aufgrund der zur Kernerwärmung erforderlichen
Betriebsdaten 158
5.2 Grundlagen der induktiven Erwärmung 159
5.2.1 Wirbelstromverluste 159
5.2.2 Hystereseverluste 164
5.3 Erwärmung des Eisenkerns mit Hilfe der induktiven Erwärmung 165
5.3.1 Einfluss der Ausrichtung der magnetischen Achse des Wickelgutes im
Induktorfeld auf die induzierte Spannung und Kernerwärmung 165
5.3.2 Bestimmung der optimalen Betriebsfrequenz der Induktorspule 167
5.3.3 Erwärmung von Eisenkernen in elektromagnetischen Felder unterschied¬
licher Frequenz und Stärke 169
5.3.4 Induzierte Spannung in Abhängigkeit von Frequenz und magnetischer
Feldstärke des Induktorfeldes 178
6 Untersuchungen zur dielektrischen Erwärmung von
Tränkharz auf Nichtleitern ist
6.1 Grundlagen der dielektrischen Erwärmung 182
6.2 Untersuchungen zum Polarisationsverhalten der neuen Tränkharze 184
6.2.1 Theoretische Betrachtungen zur dielektrischen Aushärtung 185
6.2.2 Praktische Untersuchungen zur dielektrischen Aushärtung 187
6.3 Hochfrequente Spannungen und Entladungen während der dielektrischen
Erwärmung 188
6.4 Aufbau und Funktionsweise eines Mikrowellengerätes 194
6.5 Das Funktionsprinzip der VFM-Mikrowellentechnik 195
6.6 Untersuchungen zur dielektrischen Aushärtung von Tränkharzen mit Hilfe
der VFM-Technologie 196
6.6.1 Aushärtung von Tränkharz in Kunststoffbechern und auf Kunststofffolien 196
6.6.2 Untersuchungen zur dielektrischen Aushärtung auf Wickelgütern 202
6.7 Der thermische run-away-Effekt in Isolierstoffen 204
7 Zusammenfassung 206
8 Ausblick 212
Literaturverzeichnis 213 |
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