بعد قراءة هذا، سيكون لديك فهم شامل لمادة وبنية جسم المحول

تشمل المواد الرئيسية لجسم المحول مواد الدوائر المغناطيسية، ومواد الدوائر الكهربائية، ومواد العزل، والمواد الهيكلية، وما إلى ذلك. وفيما يلي استخدامات المواد وفئاتها المحددة:

1. صفيحة من الفولاذ السيليكوني

في المحولات الكهربائية، تتمثل متطلبات أداء الفولاذ السيليكوني بشكل رئيسي فيما يلي:

① انخفاض نسبة فقدان الحديد، وهو أهم مؤشر على جودة صفائح الفولاذ السيليكوني. تصنف جميع الدول الصفائح وفقًا لقيمة فقدان الحديد، فكلما انخفضت نسبة فقدان الحديد، ارتفعت درجة الجودة.

② تكون شدة الحث المغناطيسي (الحث المغناطيسي) عالية في ظل المجال المغناطيسي القوي، مما يقلل من حجم ووزن القلب الحديدي للمحرك والمحول، ويوفر صفائح الفولاذ السيليكوني وأسلاك النحاس والمواد العازلة.

③ السطح أملس ومسطح ومتجانس في السماكة، مما يمكن أن يحسن عامل ملء القلب الحديدي.

④ يتميز بقابلية جيدة للثقب وسهولة المعالجة.

⑤ يتميز غشاء العزل السطحي بالالتصاق الجيد وقابلية اللحام، مما يمنع التآكل ويحسن خاصية التثقيب.

⑥ لا يوجد تأثر بالمغناطيسية بشكل أساسي.

تصنيف وتحديد درجة صفائح الفولاذ السيليكوني

تستخدم المحولات عادةً صفائح فولاذية سيليكونية موجهة الحبيبات مدرفلة على البارد لضمان مستويات كفاءة الطاقة في حالة عدم التحميل. يمكن تقسيم صفائح الفولاذ السيليكوني الموجهة الحبيبات المدرفلة على البارد إلى صفائح فولاذية سيليكونية موجهة الحبيبات مدرفلة على البارد عادية، وصفائح فولاذية سيليكونية عالية النفاذية المغناطيسية (أو صفائح فولاذية سيليكونية عالية الحث المغناطيسي)، وصفائح فولاذية سيليكونية محفورة بالليزر، وذلك وفقًا للخصائص وطرق المعالجة. عادةً، تحت تأثير مجال مغناطيسي متناوب (قيمة الذروة) بتردد 50 هرتز وشدة تيار 800 أمبير، تُسمى صفيحة الفولاذ السيليكوني ذات الحد الأدنى من الاستقطاب المغناطيسي B800A = 1.78 تسلا ~ 1.85 تسلا، والذي يتم تحقيقه بواسطة القلب الحديدي، صفيحة فولاذية سيليكونية عادية، ويُرمز لها بـ "CGO"، ويكون الفرق الرئيسي بين الفولاذ عالي النفاذية المغناطيسية والفولاذ السيليكوني التقليدي هو: أن نسيج التوجيه الغاوسي للفولاذ عالي النفاذية المغناطيسية في الفولاذ السيليكوني عالي النفاذية المغناطيسية مرتفع للغاية، أي أن محاذاة حبيبات الفولاذ السيليكوني في اتجاه التمغنط السهل عالية جدًا. في الصناعة، تُستخدم عملية إعادة التبلور الثانوية لتصنيع صفائح الفولاذ السيليكوني بنسبة سيليكون تبلغ 3%. يتميز الفولاذ عالي التوجيه (Hi-B) بتوجيه حبيبي عالٍ جدًا، حيث يبلغ متوسط ​​الانحراف عن اتجاه الدرفلة 3 درجات، بينما يبلغ 7 درجات في صفائح الفولاذ السيليكوني العادية. ونتيجةً لذلك، يتمتع الفولاذ عالي التوجيه بنفاذية مغناطيسية أعلى، تصل عادةً إلى أكثر من 1.88 تسلا (B800A)، مما يُحسّن من نسيج التوجيه الغاوسي ويقلل من فقد الحديد. ومن خصائص الفولاذ عالي التوجيه أيضًا أن الشد المرن لطبقة الزجاج والطلاء العازل المُلصق بسطح الصفيحة يتراوح بين 3 و5 نيوتن/مم²، وهو أفضل من 1 إلى 2 نيوتن/مم² في صفائح الفولاذ السيليكوني الموجهة العادية. تُقلل طبقة الشد العالي من عرض المجال المغناطيسي وتُقلل من فقد التيارات الدوامية غير الطبيعية. لذلك، يتميز الفولاذ عالي التوجيه بفقد حديد أقل من صفائح الفولاذ السيليكوني الموجهة الحبيبات التقليدية.

تعتمد صفائح الفولاذ السيليكوني المُعَلَّمة بالليزر على فولاذ Hi-B، حيث تُعرَّض لإجهاد طفيف في سطحها بفضل تقنية تشعيع شعاع الليزر، مما يُحسِّن دقة المحور المغناطيسي ويُقلِّل فقد الحديد. ولا يُمكن تلدين هذه الصفائح، لأن تأثير المعالجة بالليزر يتلاشى عند ارتفاع درجة الحرارة.

تبلغ كثافة التدفق المغناطيسي عادةً حوالي 1.56 تسلا، أي ما يعادل 20% تقريبًا من كثافة التدفق المغناطيسي للتشبع في صفائح الفولاذ السيليكوني التقليدية (1.9 تسلا)، لذا يجب خفض كثافة التدفق المغناطيسي التصميمية للمحول بنسبة 20% أيضًا. وتكون كثافة التدفق المغناطيسي التصميمية لمحولات الزيت المصنوعة من سبائك غير متبلورة عادةً أقل من 1.35 تسلا. أما كثافة التدفق المغناطيسي التصميمية لمحولات الزيت المصنوعة من سبائك متبلورة، فتكون عادةً أقل من 1.2 تسلا.

٢) شرائح اللب المصنوعة من الركام غير المتبلور حساسة للإجهاد. بعد تعرضها للإجهاد، يتدهور أداؤها في حالة عدم التحميل بسهولة. لذلك، يجب إيلاء اهتمام خاص للهيكل. ينبغي تعليق اللب على إطار الدعم والملف، بحيث يتحمل وزنه الذاتي. في الوقت نفسه، يجب توخي الحذر الشديد أثناء عملية التجميع، وتجنب تعريض اللب الحديدي للإجهاد، والحد من الطرق والضرب.

3) تبلغ نسبة الانفعال المغناطيسي حوالي 10% أكبر من تلك الموجودة في صفائح الفولاذ السيليكوني التقليدية، مما يجعل التحكم في الضوضاء أمرًا صعبًا، وهو أحد الأسباب الرئيسية التي تحد من انتشار محولات السبائك غير المتبلورة. وتفرض ضوضاء المحول متطلبات أعلى، حيث تُقسم إلى مناطق حساسة وأخرى غير حساسة، وتُحدد متطلبات مستوى الصوت بدقة، مما يستلزم مزيدًا من خفض الكثافة المغناطيسية لتصميم القلب.

4) شريط السبيكة غير المتبلورة رقيق، بسماكة 0.03 مم فقط، لذا لا يمكن تصنيعه على شكل رقائق مثل صفائح الفولاذ السيليكوني التقليدية، وإنما يُستخدم فقط في تصنيع قلب حديدي ملفوف. لذلك، لا يستطيع مصنّعو المحولات التقليدية تصنيع هيكل القلب الحديدي بأنفسهم. عند الاستعانة بمصادر خارجية، وبما يتوافق مع المقطع المستطيل لشريط القلب الحديدي الملفوف، فإن ملف محول السبيكة غير المتبلورة يُصنع عادةً على شكل هيكل مستطيل أيضًا.

5) لا تزال درجة التوطين غير كافية. في الوقت الحالي، تُستورد شرائح السبائك غير المتبلورة بشكل رئيسي من شركة هيتاشي ميتالز، ويجري العمل على تحقيق التوطين تدريجيًا. في الصين، تمتلك شركتا أنتاي تكنولوجي وتشينغداو يونلو شرائح عريضة من السبائك غير المتبلورة (213 مم، 170 مم، و142 مم)، ولا يزال هناك فرق ملحوظ بين أدائها واستقرار الشرائح المستوردة.

٦) طول الشريط الأقصى محدود. في المراحل الأولى، كان طول الشريط المحيطي الخارجي الأقصى لشريط السبيكة غير المتبلورة محدودًا للغاية بسبب محدودية حجم فرن التلدين. ومع ذلك، فقد تم حل هذه المشكلة بشكل أساسي في الوقت الحاضر، ويمكن إنتاج سبائك غير متبلورة بطول شريط محيطي أقصى يبلغ ١٠ أمتار. يمكن استخدام إطار القلب الحديدي لتصنيع سبائك غير متبلورة ذات قدرة تغيير جاف تبلغ ٣١٥٠ كيلو فولت أمبير وما دون، وسبائك غير متبلورة ذات قدرة تغيير زيت تبلغ ١٠٠٠٠ كيلو فولت أمبير وما دون.

نظراً لكفاءة محولات السبائك غير المتبلورة في توفير الطاقة، إلى جانب تعزيز جهود ترشيد استهلاك الطاقة وخفض الانبعاثات على المستوى الوطني، وسلسلة من السياسات ذات الصلة، فإن حصة هذه المحولات في السوق آخذة في الازدياد. وبالنظر إلى أن سعر شريط السبائك غير المتبلورة (26.5 يوان/كجم حالياً) يبلغ ضعف سعر صفائح الفولاذ السيليكوني التقليدية (30Q120 أو 30Q130)، فإن الفارق مع النحاس ضئيل نسبياً. ونظراً لجودة منتجات شبكة الطاقة ومتطلبات المناقصات، فإن محولات السبائك غير المتبلورة تستخدم عادةً موصلات نحاسية. وفيما يلي أبرز فروق التكلفة بين محولات السبائك غير المتبلورة وصفائح الفولاذ السيليكوني التقليدية:

1) نظرًا لبنية القلب الملفوف، يُنصح باستخدام بنية القلب ثلاثي الأطوار خماسي الأعمدة للمحولات، مما يُقلل من وزن القلب أحادي الإطار ويُسهّل عملية التجميع. لكل من بنية القلب ثلاثي الأطوار خماسي الأعمدة وبنية القلب ثلاثي الأطوار ثلاثي الأعمدة مزايا وعيوب من حيث التكلفة. حاليًا، يستخدم معظم المصنّعين بنية القلب ثلاثي الأطوار خماسي الأعمدة. يوضح الشكل 2 القلب الحديدي أحادي الإطار المُشترى وعملية التجميع.

2) بما أن المقطع العرضي للساق مستطيل الشكل، فمن أجل الحفاظ على مسافة العزل متسقة، يتم أيضًا صنع ملفات الجهد العالي والمنخفض في بنية مستطيلة مماثلة.

١) نظرًا لأن الكثافة المغناطيسية لتصميم قلب المحول أقل بنحو ٢٥٪ من تلك الموجودة في محولات صفائح الفولاذ السيليكوني التقليدية، ولأن معامل الترقق في قلبه يبلغ حوالي ٠.٨٧، وهو أقل بكثير من معامل الترقق في محولات صفائح الفولاذ السيليكوني التقليدية البالغ ٠.٩٧، فإن مساحة المقطع العرضي لتصميمه يجب أن تكون أكبر من مساحة المقطع العرضي في محولات صفائح الفولاذ السيليكوني التقليدية. إذا تجاوزت هذه الزيادة ٢٥٪، فسيزداد محيط ملفات الجهد العالي والمنخفض تبعًا لذلك. في الوقت نفسه، من الضروري أيضًا مراعاة زيادة طول لفات ملفات الجهد العالي والمنخفض. ولضمان عدم تغير فقد الحمل في الملف، يجب أن تكون مساحة المقطع العرضي للسلك أكبر. وبالمثل، فإن محتوى النحاس في محولات السبائك غير المتبلورة أعلى بنحو ٢٠٪ من محتواه في المحولات التقليدية.

3. مواد الدوائر

ملخص

تتكون الدائرة الداخلية للمحول بشكل أساسي من ملفات (تُعرف أيضًا بالملفات). وهي متصلة مباشرة بشبكة الطاقة الخارجية، وتُعدّ المكون الأساسي للمحول. عادةً ما تُصنع الدائرة الداخلية للمحول من أسلاك ملفوفة. تُقسم أسلاك النحاس والألومنيوم إلى أسلاك دائرية، وأسلاك مسطحة (والتي يمكن تقسيمها بدورها إلى أسلاك مفردة، وأسلاك مركبة، وأسلاك مُبدّلة)، وموصلات رقائقية، وما إلى ذلك، وذلك وفقًا لشكل المقطع العرضي للأسلاك. تُجمع هذه الأسلاك في طبقات، لتُشكّل في النهاية الملف الكلي. لذلك، فإن المواد الموصلة الرئيسية لدائرة المحول هي النحاس والألومنيوم.

3.1 مقارنة خصائص النحاس والألومنيوم

يُعد كل من النحاس والألومنيوم من المعادن ذات الموصلية الكهربائية الجيدة، وهما من الموصلات الشائعة الاستخدام في صناعة ملفات المحولات. يوضح الجدول التالي الاختلافات في الخصائص الفيزيائية بينهما:

3.2 مقارنة أداء أسلاك النحاس والألومنيوم في ملفات المحولات

يتحدد اختلاف محولات النحاس والألومنيوم أيضًا باختلاف المواد، والذي يتجسد في الجوانب التالية:

1) تبلغ مقاومة الموصلات النحاسية حوالي 60% فقط من مقاومة الموصلات الألومنيومية. ولتحقيق نفس متطلبات الفقد وارتفاع درجة الحرارة، تكون مساحة المقطع العرضي للموصلات الألومنيومية المستخدمة أكبر بنسبة تزيد عن 60% من مساحة المقطع العرضي للموصلات النحاسية، وبالتالي يلزم الحفاظ على نفس السعة والمعايير. عادةً ما يكون حجم محول الموصلات الألومنيومية أكبر من حجم محول الموصلات النحاسية، ولكن في هذه الحالة تزداد مساحة تبديد الحرارة في المحول، مما يؤدي إلى انخفاض ارتفاع درجة حرارة الزيت.

2) كثافة الألومنيوم تبلغ حوالي 30٪ فقط من كثافة النحاس، لذا فإن محولات توزيع موصلات الألومنيوم أخف وزنا من محولات توزيع موصلات النحاس؛

3) درجة انصهار موصل الألومنيوم أقل بكثير من درجة انصهار موصل النحاس، لذا فإن حد ارتفاع درجة الحرارة لتيار الدائرة القصيرة هو 250 درجة مئوية، وهو أقل من 350 درجة مئوية لموصل النحاس. وبالتالي، فإن حجمه أكبر أيضًا من حجم محول موصل النحاس.

4) صلابة موصل الألومنيوم منخفضة، لذا فإن إزالة النتوءات السطحية أسهل، وبالتالي بعد صنع المحول، تقل احتمالية حدوث قصر الدائرة بين اللفات أو بين الطبقات بسبب النتوءات؛

5) نظرًا لانخفاض قوة الشد والضغط لموصلات الألومنيوم وضعف قوتها الميكانيكية، فإن محولات موصلات الألومنيوم ليست قادرة على تحمل قصر الدائرة مثل محولات موصلات النحاس. يبلغ حد الإجهاد للموصل 1600 كجم/سم²، وقد تحسنت قدرة التحمل بشكل كبير؛

6) عملية اللحام بين موصل الألومنيوم وموصل النحاس رديئة، وجودة اللحام في الوصلة ليست سهلة الضمان، مما يؤثر على موثوقية موصل الألومنيوم إلى حد ما.

7) تبلغ الحرارة النوعية لموصل الألومنيوم 239% من الحرارة النوعية لموصل النحاس، ولكن بالنظر إلى اختلاف الكثافة والكثافة الكهربائية التصميمية بينهما، فإن الفرق الفعلي في ثابت الزمن الحراري بينهما ليس كبيرًا بقدر الفرق في الحرارة النوعية. وبالتالي، فإن قدرة التحميل الزائد قصيرة المدى للمحولات الجافة لا تؤثر بشكل كبير.

4. مادة عازلة

ملخص

تعتمد موثوقية المحول وعمره التشغيلي إلى حد كبير على مادة العزل المستخدمة. مواد العزل، والمعروفة أيضًا باسم المواد العازلة، هي مواد ذات مقاومة عالية وموصلية منخفضة. تُستخدم مواد العزل لعزل الموصلات المشحونة أو ذات الجهود المختلفة، مما يسمح بمرور التيار في اتجاه محدد. في منتجات المحولات، تؤدي مواد العزل أيضًا أدوارًا في تبديد الحرارة، والتبريد، والدعم، والتثبيت، وإخماد القوس الكهربائي، وتحسين تدرج الجهد، ومقاومة الرطوبة، ومقاومة العفن، وحماية الموصل. عند تطبيق جهد التيار المستمر، يمر تيار ضئيل جدًا عبر مادة العزل. وتكون مقاومتها (مقارنةً بالمقاومة الحجمية في الهواء) عالية نسبيًا، وتتراوح عادةً بين 10⁸ و10²⁰ أوم.سم (بينما تتراوح مقاومة الموصل بين 10⁻⁶ و10⁻³ أوم.سم، ومقاومة أشباه الموصلات بين 10⁻³ و10⁸ أوم.سم).

تتميز المادة العازلة بمقاومة عالية جدًا للتيار المستمر. وبسبب مقاومتها العالية، تصبح عمليًا غير موصلة للتيار تحت تأثير جهد التيار المستمر، باستثناء تيار تسرب سطحي ضئيل جدًا؛ بينما تتمتع بسعة كهربائية للتيار المتردد. ويُعتبر التيار الكهربائي عمومًا غير موصل للتيار. وكلما زادت مقاومة المادة العازلة، تحسنت خصائصها العازلة.

تُستخدم المواد العازلة في المحولات لعزل الأجزاء الموصلة عن بعضها البعض وعن الأرض (جهد صفري). وعند استخدامها في مختلف الدعامات، يجب أن تتمتع بخصائص ميكانيكية جيدة. إضافةً إلى ذلك، تؤدي المواد العازلة وظائف أخرى، مثل التبريد، والتثبيت، وتخزين الطاقة، وإخماد القوس الكهربائي، وتحسين تدرج الجهد، ومقاومة الرطوبة، ومقاومة العفن، وحماية الموصلات.

عادةً ما تنقسم مواد العزل إلى ثلاث فئات:

1) مواد العزل الغازية: في ظل درجة الحرارة والضغط العاديين، تتمتع الغازات الجافة العامة بخصائص عزل جيدة، مثل الهواء والنيتروجين والهيدروجين وثاني أكسيد الكربون وسداسي فلوريد الكبريت، وما إلى ذلك. ومن بينها، يُستخدم الهواء وسداسي فلوريد الكبريت على نطاق واسع في المحولات؛

2) مادة عازلة سائلة: توجد المادة العازلة السائلة عادة في شكل زيت، والمعروف أيضًا باسم الزيت العازل. مثل الزيوت المعدنية والزيوت النباتية والإسترات الاصطناعية، وما إلى ذلك؛

3) مواد عازلة صلبة: مثل الطلاء العازل، والغراء العازل، والورق العازل، والكرتون العازل، والكرتون المموج، والبلاستيك والأغشية الكهربائية، والصفائح الكهربائية (القضبان، والأنابيب)، وراتنج الإيبوكسي المصبوب، والخزف الكهربائي، والمطاط، ومنتجات الميكا، إلخ.

4.1 زيت العزل

يتميز زيت العزل بقوة كهربائية عالية، ومقاومة عالية للصواعق، ونقطة تجمد منخفضة، ودرجة حرارة تشغيل ممتازة تحت تأثير الأكسجين، ودرجات حرارة عالية ومجالات كهربائية قوية، كما أنه غير سام، وغير قابل للتآكل، ولزوجته منخفضة، وسيولته جيدة، وغيرها من الخصائص. يُستخدم على نطاق واسع في المنتجات الكهربائية مثل المحولات، ومفاتيح الزيت، والمكثفات، والكابلات، حيث يؤدي وظائف العزل والتبريد والتشريب والتعبئة. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم أيضًا في إخماد القوس الكهربائي في مفاتيح الزيت وتخزين الطاقة في المكثفات.

يؤدي زيت العزل دوراً مزدوجاً يتمثل في العزل والتبريد في المحول في نفس الوقت؛

تنقسم زيوت العزل حاليًا بشكل عام إلى الفئات التالية:

1) الزيوت المعدنية: مثل زيت المحولات، وزيت المفاتيح، وزيت المكثفات، وزيت الكابلات؛

2) الزيت الاصطناعي: مثل دوديسيل بنزين، زيت السيليكون، الإستر الاصطناعي، إلخ؛

3) الزيت النباتي؛

4.2 راتنج الإيبوكسي

راتنج الإيبوكسي هو مركب بوليمري. يتميز الراتنج بكونه مادة عضوية صلبة أو شبه صلبة أو شبه صلبة ذات كتلة جزيئية غير محددة (عادةً ما تكون عالية)، وميلًا للتدفق عند تعرضه للإجهاد، ونطاق تليين أو انصهار عادةً، ومقطع عرضي صلب غالبًا ما يكون على شكل صدفة. وله الخصائص الأساسية التالية:

1) السلسلة الجزيئية طويلة جدًا، تحتوي كل سلسلة على مئات أو حتى عشرات الآلاف من الذرات، والتي ترتبط ببعضها البعض بروابط تساهمية؛

2) تتكون السلسلة الجزيئية الطويلة من أصغر وحدة متكررة، وهي حلقة السلسلة، ويطلق على عدد حلقات السلسلة في الجزيء درجة البلمرة؛

3) غالبًا ما تتجاوز القوة الكلية بين الجزيئات الكبيرة قوة الرابطة الكيميائية بين الذرات في الجزيء، ولذلك فإن مركبات البوليمر لها سلسلة من الخصائص: على سبيل المثال، لا يوجد بوليمر غازي، وعملية ذوبان البوليمر بطيئة للغاية، وما إلى ذلك. إذا كان هناك ترابط متقاطع بين الجزيئات، فإن هذه السمة تكون أكثر تميزًا.

يشير مصطلح راتنج الإيبوكسي إلى البوليمرات قليلة الوحدات التي تحتوي على مجموعات وظيفية إيبوكسية. بدأ ظهور راتنجات الإيبوكسي عام ١٨٩١. بعد عام ١٩٤٧، نجحت العديد من الشركات في الولايات المتحدة وسويسرا في تصنيع راتنجات الإيبوكسي ثنائية الفينول أ صناعيًا. بدأ بلدي الإنتاج عام ١٩٥٦.

تتميز مواد الإيبوكسي بخصائص عزل كهربائي فائقة. فعند عدم إضافة أي مواد مالئة، تتجاوز مقاومة العزل الكهربائي للمنتج المتصلب 16 ميجا فولت/متر، وتتجاوز مقاومة الضغط 1011 أوم.متر، وتتراوح قيمة ثابت العزل الكهربائي (εr) بين 3 و4، بينما يبلغ ظل زاوية الفقد (tanδ) حوالي 0.002 عند تردد التيار الكهربائي. ولذلك، تُستخدم راتنجات الأكسجين الحلقية بنسبة 20% في العزل الكهربائي والإلكتروني، مثل طلاء الإيبوكسي المُشرب كطلاء عازل من الفئة B، لتشريب ملفات الجزء الثابت للمحركات الصغيرة والمتوسطة؛ ويُستخدم طلاء الإيبوكسي الخالي من المذيبات في التشريب الفراغي لملفات الجزء الثابت للمحركات الكبيرة؛ وتُستخدم الصفائح (الألواح، الأنابيب، القضبان) كأوتاد للفتحات وفواصل للمحركات، وقضبان تشغيل مفاتيح الجهد العالي؛ وتُستخدم المواد اللاصقة لربط البطانات الخزفية الكهربائية ذات الجهد العالي؛ وتُستخدم المواد المصبوبة لعزل الأقراص في الأجهزة الكهربائية المدمجة المغلقة بالكامل (GIS) المصنوعة من سداسي فلوريد الكبريت. تشمل المكونات العوازل والمحولات والمكثفات الخزفية عالية الجهد. وحتى الآن، لا تزال أسماء العلامات التجارية لراتنجات الإيبوكسي أو راتنجات الإيبوكسي المعدلة المنتجة في الصين غير موحدة. كما تختلف أسماء مصنعي راتنجات الإيبوكسي حول العالم، مما يستدعي تحديدها من خلال العلامات التجارية.

راتنجات الإيبوكسي عبارة عن بوليمرات قليلة الوحدات، ولا يمكن استخدامها إلا بعد التصلب. يتفاعل عامل التصلب مع راتنج الإيبوكسي لربط جزيئات الراتنج من بنية خطية إلى بنية متماسكة. تعمل المحفزات على تقليل طاقة التنشيط للتفاعل، كما تُحسّن عملية التصلب. يستخدم عامل التصلب الهيدروجين النشط الموجود فيه لإجراء تفاعل إضافة لفتح الحلقة مع مجموعة الإيبوكسي النشطة في الراتنج، مما يؤدي إلى التصلب. يتكون الهيدروجين النشط من مجموعات -NH2، -NH-، -COOH، -OH، و-SH في عامل التصلب أو المُسرّع. من عوامل التصلب الشائعة الاستخدام الأمينات وأنهيدريدات الأحماض. تتطلب بعض عوامل التصلب استخدام مُسرّعات، بينما تتطلب أخرى درجات حرارة عالية، وقد يتفاعل بعضها بشدة في درجات حرارة منخفضة. كما تُؤدي عوامل التصلب المختلفة إلى اختلافات كبيرة في خصائص المنتجات المتصلبة، مما يؤثر بشكل كبير على خصائص المنتج النهائية. لذلك، من المهم جدًا تصميم واختيار عامل المعالجة في نظام تركيب راتنج الإيبوكسي.

تُستخدم مواد العزل الإيبوكسية في المحولات الجافة، وهي تقنية حديثة نسبيًا ظهرت خلال الأربعين عامًا الماضية. يُشترط أن يصل العمر التصميمي لملف المحول إلى 30 عامًا، وأن تصل درجة مقاومته للحرارة إلى الدرجة F. ويصعب على المواد العادية تلبية هذه المتطلبات.

لتحقيق ذلك، من الضروري تصميم المواد المستخدمة وأنظمة وعمليات تركيبها وتحسينها واختبارها والتحقق منها للحصول على التأثير المطلوب. في المحول الجاف المعزول بالراتنج، يُشكّل نظام راتنج الإيبوكسي بالصب أو الغمس، ثم يُعالج حراريًا لتكوين عزل الملف (أي العزل الطولي). خلال التشغيل الكامل للمحول الجاف، يجب أن يضمن عزل راتنج الإيبوكسي أيضًا العزل الكهربائي للملف والمتانة الميكانيكية، وأن يُبدد الحرارة داخل الملف عن طريق التوصيل الحراري.

تكمن أكبر نقاط ضعفها في عدم إمكانية إصلاح عيوب وأضرار عزل الراتنج (عادةً ما تكون عيوبًا في عملية التصنيع وأضرارًا أثناء التشغيل). لذا، يُعد تجنب تشقق العزل الصلب، وتجنب عيوب الصب، وتجنب التفريغ الجزئي، أمورًا بالغة الأهمية، وتُشكّل مفتاحًا لتكنولوجيا تصنيع العزل الصلب، ومحورًا للمنافسة بين المصنّعين.

نظراً لارتفاع درجة الحرارة الشديد الناتج عن الفقد أثناء تشغيل المحول، فإن العزل الراتنجي يعمل عند درجات حرارة عالية لفترات طويلة (كما هو الحال في محولات الفئة F، حيث تبلغ درجة حرارة التشغيل القصوى المصممة حوالي 140 درجة مئوية)، وقد يتعرض المحول لدرجات حرارة عالية قبل التشغيل وأثناء الصيانة، بالإضافة إلى درجات حرارة منخفضة (مثل -30 درجة مئوية). كما أنه معرض لصدمات كهربائية هائلة كالصواعق أو الصدمات الكهربائية عالية الجهد أو قصر الدائرة في أي وقت. لذا، يجب أن تكون الملفات المعزولة بالراتنج قادرة على التكيف مع هذه التغيرات، وأن تتحمل الصدمات الكهروديناميكية الناتجة عن قصر الدائرة في درجات الحرارة القصوى، سواءً كانت مرتفعة أو منخفضة. لذلك، تُفرض متطلبات صارمة للغاية على الخصائص الحرارية والميكانيكية والكهربائية لأنظمة العزل الإيبوكسي.

يوجد حاليًا نوعان من أنظمة مواد العزل للمحولات المصبوبة بالراتنج، أحدهما هو "صب الراتنج النقي + تقوية الألياف الزجاجية بمعدل تعبئة عالٍ"، والآخر هو "صب مسحوق الكوارتز الراتنجي + تقوية موضعية بشبكة زجاجية مسبقة التشريب".

يشمل نظام العزل (أي بنية العزل التقليدية) نطاقًا أوسع من نظام مواد العزل. فهو يشير إلى عزل المعدات الكهربائية (أو مكوناتها المستقلة) ككل، بما في ذلك ليس فقط مواد العزل وتركيباتها، بل أيضًا العزل والموصلات. أو العلاقة بين المغناطيسات، والعلاقة مع المجال الكهربائي، والعلاقة بين العزل والبيئة المحيطة (الغاز أو السائل وظروفه، وتلوث السطح، وظروف تبديد الحرارة، والقوة الميكانيكية أو الإشعاع، وما إلى ذلك)، ومدى ملاءمته لمعايير تشغيل نظام الطاقة. كما أن تدفق الهواء وتبديد الحرارة في المحول الجاف، وإجهاد العزل، كلها تندرج ضمن نطاق نظام العزل الذي يجب مراعاته.

4.3 ورق العزل

ينقسم ورق الألياف النباتية إلى ألياف الخشب، وألياف القطن، وألياف القنب، وأكثرها شيوعًا ورق ألياف لب الخشب النقي المُصنّع من كبريتات الصوديوم. يتكون خشب التنوب والصنوبر الكوري وأنواع أخرى من الأخشاب بشكل أساسي من السليلوز، وهو مركب بوليمر طبيعي. تعتمد طريقة تصنيع ورق العزل على طريقة كيميائية، مثل طريقة الكبريتات. في هذه الطريقة، يكون المكون الرئيسي لسائل الطهي هو كبريتيد الصوديوم (Na2S). يتحلل كبريتيد الصوديوم مائيًا لإنتاج كبريتيد هيدروجين الصوديوم وهيدروكسيد الصوديوم. يتفاعل السليلوز ويذيبه في محلول قلوي. يتميز سائل الطهي باعتداله، لذا فإن الوزن الجزيئي للسليلوز ينخفض ​​بشكل طفيف جدًا. من أنواع ورق العزل المصنوع من السليلوز النباتي الشائعة الاستخدام في المحولات: ورق كابلات الطاقة، وورق كابلات الجهد العالي، وورق عزل اللفات الداخلية للمحولات.

1) ورق الكابلات: يُصنع ورق الكابلات من لب الكرافت، ويتوفر بدرجات DL08 وDL12 وDL17، وبسماكات 0.08 مم و0.12 مم و0.17 مم على التوالي، ويُورّد على شكل لفائف. بعد تشريب ورق الكابلات بزيت المحولات، تتحسن قوته الميكانيكية والكهربائية بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، تبلغ القوة الكهربائية لورق كابلات الطاقة في الهواء 6-9 × 10³ كيلو فولت/متر، وبعد التجفيف والتشريب بزيت المحولات، تصل إلى 70-90 × 10³ كيلو فولت/متر. يتميز هذا الورق بثبات حراري كافٍ، ويُستخدم عادةً كعازل للملفات والطبقات البينية. يشمل ورق الكابلات أيضًا ورق كابلات الجهد العالي، وورق كابلات الجهد المنخفض، وورق كابلات عالي الكثافة، وورق الكريب العازل. يُناسب ورق كابلات الجهد العالي محولات 110-330 كيلو فولت، ويتميز بفقد عازل منخفض. يُستخدم ورق الكابلات منخفض الجهد لعزل كابلات الطاقة والمحولات أو غيرها من المنتجات الكهربائية بجهد 35 كيلوفولت وما دونه. أما ورق الكريب العازل، فهو مصنوع من ورق عازل كهربائي، ويُصنع بتقنية التجعيد، حيث تظهر تجاعيد على طول اتجاهه العرضي، والتي تنفصل عند شده. ويُستخدم غالبًا لتغليف عزل المحولات المغمورة بالزيت، مثل تغليف عزل منافذ الملفات والأسلاك وأجهزة الحماية الكهروستاتيكية. كما يُعد ورق الكابلات عالي الكثافة نوعًا من ورق الكريب العازل، يتميز بقوة كهربائية أعلى بنسبة 100% إلى 150% من ورق الكريب العادي، وقوة ميكانيكية أعلى بنسبة 50%، ومقاومة جيدة للزيت، ومرونة عالية، وسهولة في الشد. ويمكن استخدامه كبديل للشريط المطلي، ولعزل وصلات الأسلاك وانحناءاتها.

2) ورق الهاتف: يُصنع ورق الهاتف أيضاً من لب الكبريتات، وهو شائع الاستخدام في كابلات الهاتف. يتميز هذا الورق بضعف قوته الميكانيكية، ويُستخدم عادةً كعازل للأسلاك، أو عازل للطبقات، أو عازل للغطاء الخارجي للموصلات.

3) ورق المكثفات: يُصنّف ورق المكثفات إلى فئتين: الفئة أ والفئة ب، وذلك حسب متطلبات الاستخدام. يُستخدم ورق المكثفات من الفئة أ في مكثفات العازل الورقي المعدني في الصناعة الإلكترونية. أما ورق المكثفات من الفئة ب، فيُستخدم بشكل أساسي كعازل بين الأقطاب في مكثفات الطاقة. يتميز ورق المكثفات بكثافة عالية وسماكة رقيقة. عمومًا، يُستخدم ورق المكثفات بكثرة في محولات التيار، بينما يُستخدم بشكل أقل في المحولات الكهربائية.

4) ورق العزل الملفوف: يُستخدم ورق العزل الملفوف كطبقة داعمة لورق التغليف، الذي يُستخدم بدوره للفّ أسطوانة العزل (الأنبوب) والكم السعوي. يتميز هذا الورق بارتفاع امتصاصه للماء، حيث يكون أعلى من ورق الكابلات وأقل من ورق التشريب. يُقسم ورق العزل المُلصق إلى نوعين: أحادي الجانب وثنائي الجانب (باستخدام راتنج فينولي أو إيبوكسي)، ويتم معالجته في درجة حرارة منخفضة. عند استخدام ورق العزل المُلصق لصنع أنبوب ورقي أو ضغط رقائق معدنية، تتم معالجة المادة اللاصقة نهائيًا بالتسخين والضغط. عادةً ما يكون الشريط الملفوف أحادي الجانب، بينما يكون الشريط المضغوط ثنائي الجانب. بالإضافة إلى ذلك، يوجد أيضًا ورق العزل المُلصق على شكل ماسة (ورق مُلصق شبكي)، والذي يُستخدم للعزل بين طبقات لفائف الرقائق المعدنية المغمورة بالزيت. بعد المعالجة، يضمن هذا النوع من الورق الالتصاق بين طبقات العزل، وبين العزل والرقائق المعدنية، مما يُعزز المتانة ونفاذية الزيت.

تُستخدم أوراق العزل التقليدية للمحولات الكهربائية في الغالب لعزل الكابلات، وورق الكريب، وورق التوزيع المعيني، والتي تُستخدم في المحولات كعزل بين اللفات، وعزل بين الطبقات، وربط الأسلاك، وما إلى ذلك. عادةً، لا تختلف أسعار أنواع أوراق العزل المختلفة، وقد تصل إلى حوالي 20 يوانًا للكيلوغرام.

4.4 المواد المركبة الكهربائية

تتميز الأغشية الرقيقة الكهربائية والمواد المركبة الكهربائية بخصائص عزل كهربائي ممتازة، وهي من المواد العازلة الرقيقة. تشمل الأغشية الكهربائية أغشية البوليستر وأغشية البولي إيميد، والتي يمكن استخدامها أيضًا كعزل للأسلاك وعزل بين الطبقات في المحولات. أما المواد المركبة الكهربائية فهي منتجات مركبة مصنوعة من جانب واحد أو جانبين من مادة ليفية ملتصقة بغشاء، ويمكن استخدامها كعزل بين الطبقات في المحولات، وخاصة في الملفات الملفوفة برقائق معدنية بتقنية التحويل الجاف، وعادةً ما تُصنع ملفات الجهد المنخفض من مواد مركبة. بعد تشريبها بالراتنج، تُستخدم كعزل بين الطبقات. ومن المواد المركبة الشائعة الاستخدام DMD وGHG وغيرها.

الاسم الكامل لـ DMD هو مادة مركبة ناعمة غير منسوجة من ألياف البوليستر وأغشية البوليستر، وتنقسم إلى نوعين: DMD مشبع مسبقًا بالراتنج وDMD غير مشبع مسبقًا. د) المادة المركبة الناعمة ثلاثية الطبقات المصنعة. يتميز DMD بعزل كهربائي ممتاز، ومقاومة عالية للحرارة، وقوة ميكانيكية فائقة، بالإضافة إلى خصائص تشريب ممتازة. يمكن استخدام DMD غير المشبع مسبقًا كطبقة عازلة بينية للمحولات المغمورة بالزيت، بينما يمكن استخدام DMD المشبع مسبقًا كطبقة عازلة بينية لملفات رقائق معدنية ملفوفة بجهد منخفض في محولات الفئة F الجافة. يوضح الجدول التالي مؤشرات الأداء الخاصة به:

الاسم الكامل لـ GHG هو مادة مركبة لينة من ألياف زجاجية مشبعة مسبقًا بغشاء بوليميد وراتنج من الدرجة H. وهي مادة مركبة لينة ثلاثية الطبقات مصنوعة من قماش ألياف زجاجية (G) ملصق على جانبي غشاء بوليميد (H). بالمقارنة مع DMD، تتميز بمقاومة حرارية أفضل ويمكن استخدامها للعزل بين طبقات ملفات رقائق معدنية منخفضة الجهد في محولات العزل الجافة من الفئة H.

الاسم الكامل لـ NHN هو مادة مركبة ناعمة من ورق ألياف البولي أميد وفيلم البولي إيميد. تُعد NHN حاليًا من أرقى مواد العزل الرقيقة، إذ تتميز بمقاومة حرارية ممتازة، وخصائص عزل كهربائي جيدة، وامتصاص منخفض للماء، ومقاومة فائقة للرطوبة. وهي تنتمي إلى فئة مواد العزل H، ويمكن استخدامها للعزل بين طبقات محولات الفئة H الجافة. يوضح الجدول التالي خصائص أدائها بالتفصيل.

4.5 كرتون عازل

يُصنع ورق الكرتون العازل من لب الخشب الكرافت النقي المستخدم في صناعة الورق، ويمكن استخدامه في فواصل فواصل الزيت، ودعامات فواصل الزيت، والفواصل، وأنابيب الكرتون، والورق المموج، وعزل نير الحديد، وعزل المشابك، وألواح ضغط لفائف العزل الطرفية لللفائف الدائرية، وما إلى ذلك. تتراوح سماكته الشائعة بين 1.0 مم و1.5 مم و2 مم و3 مم و4 مم و6 مم. يُقسم ورق الكرتون العازل إلى ورق كرتون منخفض الكثافة، وورق كرتون متوسط ​​الكثافة، وورق كرتون عالي الكثافة، وذلك حسب الكثافة. يُطلق على الورق منخفض الكثافة عادةً اسم ورق الكرتون المرن T3، وتتراوح كثافته بين 0.75 جم/سم³ و0.9 جم/سم³، وهو ذو قوة منخفضة، ويُستخدم غالبًا في ثني الأجزاء أو صنع أجزاء قابلة للتمدد بعد ترطيبها، مثل تشكيل حلقات الزاوية، والأجزاء الحلقية، وأنابيب الورق المرن. يتميز ورق الكرتون منخفض الكثافة بمعدل امتصاص زيت عالٍ، وقابلية تشكيل جيدة، ولكنه ذو خصائص ميكانيكية ضعيفة. يُطلق على الكرتون متوسط ​​الكثافة عادةً اسم كرتون T1، وتتراوح كثافته بين 0.95 و1.15 غ/سم³، ويُستخدم كدعامات تثبيت، وما إلى ذلك. أما الكرتون عالي الكثافة فيُطلق عليه عادةً اسم كرتون T4، وتتراوح كثافته بين 1.15 و1.3 غ/سم³، ويُستخدم كأنابيب عازلة من الكرتون، وألواح عازلة للضغط، وحلقات طرفية. في بنية فاصلة من ورق مقوى مُعزول بالزيت، والمكونة من أنابيب ورقية متعددة الطبقات لملفات الجهد العالي، يُمكن استخدام الكرتون المموج بدلاً من الدعامات الكرتونية لتشكيل فجوات الزيت، مما يُوفر المواد مع ضمان أداء العزل.

4.6 غشاء البولي بروبيلين

يتكون غشاء البولي بروبيلين من راتنج البولي بروبيلين (PP) الذي يُبثق على شكل صفيحة سميكة ويُمدد في اتجاه معين. كثافته 0.92 جم/سم³. يتميز بـ: 1) خصائص كهربائية جيدة وثبات كيميائي، حيث يتراوح معامل العزل الكهربائي النسبي بين 2 و2.2، وضغط انهيار كهربائي أكبر من 150 ميجا فولت/متر. 2) خصائص ميكانيكية جيدة، وقوة شد أكبر من 100 ميجا باسكال. 3) ​​يمكن استخدامه لفترات طويلة عند درجة حرارة 125 درجة مئوية، وينتمي إلى فئة العزل E. 4) يتميز بخاصية كره الماء ومقاومة عالية لامتصاصه، ويمكن استخدامه لعزل أسلاك المحولات المغمورة بالزيت.

4.7 Other insulating materials

Transformer oil and insulating paper are the main insulating materials for oil-immersed transformer coils. Resin, insulating paper, and composite materials are the main insulating materials for dry-type transformer coils. In addition to these materials, the following insulating materials are also commonly used in transformers: (Laminated wood, laminate, insulating paint, insulating glue, cotton tape, compression tape, no weft tape, etc.

1) Laminate: Electrical laminate is a layered insulating material made of paper, cloth and wooden veneer as the substrate, dipped (or coated) with different adhesives, and hot pressed (or rolled). . According to the requirements of use, the laminated products can be made into products with excellent electrical and mechanical properties, heat resistance, oil resistance, mildew resistance, arc resistance and corona resistance. Laminate products mainly include laminates, laminated wood, laminated tubes, rods, capacitor sleeve cores and other special profiles. The properties of laminates depend on the nature of the substrate and adhesive and the process by which they are formed. According to different raw materials and adhesives, laminates are divided into insulating laminates (paperboard, used for oil change), phenolic laminated paperboard (commonly known as bakelite, paperboard impregnated with phenolic resin, used for oil change), phenolic laminated cloth board (cotton cloth impregnated with phenolic resin, commonly used for oil change), epoxy glass cloth board (glass fiber cloth with epoxy resin as adhesive, can be used for F grade dry change or oil change), modified diphenyl ether glass cloth board (Glass fiber cloth uses modified diphenyl ether resin as adhesive, which can be used for H-level dry change), bismaleimide glass cloth board (glass fiber cloth uses bismaleimide resin as adhesive, Can be used for H-level dry change). Laminates usually have good mechanical strength and insulation properties, and are often used as core clip insulation, external supports, etc. in transformers.

2) Insulation cylinder (tube): The insulation cylinder in the transformer is mainly used between the inner and outer coils, between the coil and the iron core, for the coil lining the skeleton, and the wire is directly wound on the insulation cylinder. At the same time, the insulation cylinder can also be used for the main Insulation, increase the number of oil gaps in the main insulation, and strengthen the insulation. According to the different materials, the insulating tube is generally divided into phenolic paper tube (commonly used for oil change), epoxy glass cloth tube (commonly used for oil change or F grade dry change), modified diphenyl ether glass cloth tube (commonly used for oil change) H-level dry change), glass fiber reinforced plastic cylinder (commonly used in H-level dry change), bismaleimide glass cloth cylinder (commonly used in H-level dry change), etc.

3) Laminated wood: The electrical laminated wood is made of high-quality hardwoods, such as birch, beech, etc. After being cooked twice at 70°C to 80°C, the lignin acid and grease of the wood itself are removed, and then cut into individual pieces of 1 to 3 mm. After drying, it is coated with resin adhesive. After pre-curing, it is repeatedly assembled and stacked. It has good insulating strength and mechanical strength. It can be used as spacer, angle ring, etc. in oil change. .

1) Binding tapes: Transformer binding tapes include cotton tapes, compression tapes, mesh semi-dry non-weft tapes, glass tapes, polyester tapes, etc., which are used for binding and tightening iron cores and coils.

5. Material structure and accessories

In the transformer, there are also structural materials and accessories. The structural materials mainly play the functions of transformer support, magnetic circuit, circuit reinforcement, transformer insulating liquid packaging, etc., including clips, oil tanks, radiators, oil conservators, etc. The main materials are For Q235 steel, non-magnetic steel is often used for the outlet bushing of the fuel tank cover to reduce eddy currents. In addition, non-magnetic steel or high-grade steel is sometimes used inside the transformer body.

Transformer accessories mainly have performance monitoring and protection functions. Dry transformers include thermostats, fans, transformers, etc., and oil transformers include gas relays, thermostats, pressure relief valves, tap switches, etc. Some accessories are required by customers. propose.

Source: Transformer Circle