Nach dem Lesen dieses Textes werden Sie ein umfassendes Verständnis des Materials und der Konstruktion des Transformatorgehäuses besitzen.

Zu den Hauptmaterialien des Transformatorgehäuses gehören Materialien für den Magnetkreis, Leitermaterialien, Isoliermaterialien, Strukturmaterialien usw. Die spezifischen Materialverwendungen und -kategorien sind:

1. Siliziumstahlblech

Im Transformator gelten folgende Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Siliziumstahl:

① Geringer Eisenverlust ist der wichtigste Qualitätsindikator für Siliziumstahlbleche. In allen Ländern werden die Stahlsorten anhand des Eisenverlusts eingeteilt. Je geringer der Eisenverlust, desto höher die Stahlsorte.

② Die magnetische Induktionsintensität (magnetische Induktion) ist unter dem starken Magnetfeld hoch, was das Volumen und Gewicht des Eisenkerns des Motors und des Transformators reduziert und Siliziumstahlbleche, Kupferdrähte und Isoliermaterialien einspart.

③ Die Oberfläche ist glatt, eben und gleichmäßig dick, was den Füllfaktor des Eisenkerns verbessern kann.

④Es lässt sich gut lochen und ist leicht zu verarbeiten.

⑤Die Haftung und Schweißbarkeit der Oberflächenisolierung sind gut, wodurch Korrosion verhindert und die Stanzeigenschaften verbessert werden können.

⑥ Im Grunde keine magnetische Alterung.

Klassifizierung und Gütebestimmung von Siliziumstahlblech

Transformatoren verwenden üblicherweise kaltgewalzte, kornorientierte Siliziumstahlbleche, um ihren Energieeffizienzgrad im Leerlauf zu gewährleisten. Kaltgewalzte, kornorientierte Siliziumstahlbleche lassen sich je nach Eigenschaften und Verarbeitungsverfahren in gewöhnliche kaltgewalzte, kornorientierte Siliziumstahlbleche, Siliziumstahlbleche mit hoher magnetischer Permeabilität (oder hoher magnetischer Induktion) und lasergeritzte Siliziumstahlbleche unterteilen. Siliziumstahlbleche mit einer minimalen magnetischen Polarisation von B_800A = 1,78 T bis 1,85 T, die durch den Eisenkern unter einem Wechselfeld (Spitzenwert) von 50 Hz und 800 A erreicht wird, werden als gewöhnliche Siliziumstahlbleche bezeichnet und mit „CGO“ abgekürzt. Bei einer B_800A von 1,85 T oder mehr besteht der Hauptunterschied zwischen Hi-B-Stahl und herkömmlichem Siliziumstahl in der hohen Gaußschen Orientierung der Siliziumkornstruktur. Das bedeutet, dass die Siliziumstahlkörner sehr stark in Richtung der leichten Magnetisierung ausgerichtet sind. In der Industrie wird das Sekundärrekristallisationsverfahren zur Herstellung von Siliziumstahlblechen mit einem Siliziumgehalt von 3 % eingesetzt. Die Kornorientierung von Hi-B-Stahl ist sehr hoch. Die durchschnittliche Abweichung von der Walzrichtung beträgt 3°, während sie bei herkömmlichem Siliziumstahlblech 7° beträgt. Dadurch weist Hi-B-Stahl eine höhere magnetische Permeabilität auf; sein B800A-Wert erreicht üblicherweise über 1,88 T. Dies verbessert die Gaußsche Orientierungstextur, und die erhöhte magnetische Permeabilität reduziert die Eisenverluste. Ein weiteres Merkmal von Hi-B-Stahl ist die elastische Spannung der auf der Stahlblechoberfläche aufgebrachten Glasfolie und Isolierschicht von 3–5 N/mm², die deutlich höher ist als die 1–2 N/mm² von herkömmlichem kornorientiertem Siliziumstahlblech. Die hochgespannte Schicht verringert die magnetische Domänenbreite und reduziert anomale Wirbelstromverluste. Daher weist Hi-B-Stahl geringere Eisenverluste auf als herkömmliches kornorientiertes Siliziumstahlblech.

Das laserbeschriftete Siliziumstahlblech basiert auf Hi-B-Stahl. Durch die Laserstrahlbestrahlung wird die Oberfläche leicht verformt, die magnetische Achse weiter verfeinert und der Eisenverlust reduziert. Laserbeschriftete Siliziumstahlbleche können nicht geglüht werden, da der Effekt der Laserbehandlung bei steigender Temperatur verloren geht.

Sie liegt üblicherweise bei etwa 1,56 T, was einer Abweichung von ca. 20 % von der Sättigungsflussdichte von herkömmlichem Siliziumstahlblech (1,9 T) entspricht. Daher muss die Auslegungsflussdichte des Transformators ebenfalls um 20 % reduziert werden. Die Auslegungsflussdichte von Öltransformatoren mit amorpher Legierung liegt üblicherweise unter 1,35 T. Die Auslegungsflussdichte von Trockentransformatoren mit kristalliner Legierung liegt üblicherweise unter 1,2 T.

2) Kernstreifen aus amorphem Zuschlagstoff reagieren empfindlich auf Spannungen. Nach Belastung der Kernstreifen verschlechtert sich das Leerlaufverhalten leicht. Daher ist der Konstruktion besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Der Kern sollte an der Tragkonstruktion und der Spule aufgehängt werden und sein Eigengewicht tragen. Gleichzeitig ist beim Montageprozess darauf zu achten, dass der Eisenkern nicht zusätzlich belastet wird. Schläge und andere Bearbeitungsmethoden sollten vermieden werden.

3) Die Magnetostriktion ist etwa 10 % höher als bei herkömmlichen Siliziumstahlblechen, wodurch die Geräuschentwicklung schwer zu kontrollieren ist. Dies ist einer der Hauptgründe, warum die Verbreitung von Transformatoren aus amorphen Legierungen noch nicht weit verbreitet ist. Die Anforderungen an die Geräuschentwicklung von Transformatoren sind hoch und werden in empfindliche und unempfindliche Bereiche unterteilt. Die Anforderungen an den Geräuschpegel werden gezielt festgelegt, was eine weitere Reduzierung der magnetischen Dichte im Kerndesign erfordert.

4) Das amorphe Legierungsband ist mit einer Dicke von nur 0,03 mm sehr dünn und kann daher nicht wie herkömmliches Siliziumstahlblech zu Lamellen verarbeitet werden, sondern nur zu einem gewickelten Eisenkern. Aus diesem Grund können herkömmliche Transformatorenhersteller die Eisenkernstruktur nicht selbst herstellen. Die Fertigung wird daher extern vergeben und entspricht dem rechteckigen Querschnitt des gewickelten Eisenkernbandes. Die Spule des amorphen Legierungstransformators wird üblicherweise ebenfalls in einer rechteckigen Struktur gefertigt.

5) Der Grad der Lokalisierung ist noch nicht ausreichend. Derzeit werden hauptsächlich amorphe Legierungsbänder von Hitachi Metals importiert, und die Lokalisierung schreitet schrittweise voran. In China verfügen Antai Technology und Qingdao Yunlu über Breitband-Amorphlegierungsbänder (213 mm, 170 mm und 142 mm), deren Leistung jedoch noch nicht mit der Stabilität importierter Bänder vergleichbar ist.

6) Die maximale Bandlänge ist begrenzt. Die maximale äußere Umfangslänge des amorphen Legierungsbandes ist im Frühstadium aufgrund der begrenzten Größe des Glühofens ebenfalls stark eingeschränkt. Dieses Problem ist jedoch mittlerweile weitgehend gelöst, und es können amorphe Legierungen mit einer maximalen Umfangslänge von 10 m hergestellt werden. Der Eisenkernrahmen kann zur Herstellung von amorphen Legierungen im Trockenwechselverfahren bis 3150 kVA und im Ölwechselverfahren bis 10000 kVA verwendet werden.

Aufgrund der hervorragenden Energieeinsparungswirkung von Transformatoren aus amorphen Legierungen und der Förderung nationaler Energieeinsparungs- und Emissionsreduzierungsmaßnahmen sowie einer Reihe entsprechender Richtlinien steigt der Marktanteil dieser Transformatoren. Der Preis für amorphes Legierungsband (derzeit 26,5 Yuan/kg) ist etwa doppelt so hoch wie der von herkömmlichen Siliziumstahlblechen (30Q120 oder 30Q130), der Unterschied zu Kupfer ist jedoch relativ gering. Aufgrund der Anforderungen an die Qualität von Netzstromprodukten und der Ausschreibungsbedingungen werden Transformatoren aus amorphen Legierungen üblicherweise mit Kupferleitern ausgestattet. Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumstahlblechen ergeben sich bei Transformatoren aus amorphen Legierungen folgende wesentliche Kostenunterschiede:

1) Aufgrund der Wicklungskernstruktur sollte für den Transformatorkern die dreiphasige Fünfsäulenbauweise gewählt werden. Dadurch lässt sich das Gewicht des einteiligen Kerns reduzieren und die Montage vereinfachen. Die dreiphasige Fünfsäulen- und die dreiphasige Dreisäulenbauweise weisen hinsichtlich der Kosten jeweils Vor- und Nachteile auf. Derzeit verwenden die meisten Hersteller die dreiphasige Fünfsäulenbauweise. Der gekaufte einteilige Eisenkern und die Montage sind in Abbildung 2 dargestellt.

2) Da der Querschnitt des Schaftes rechteckig ist, sind die Hoch- und Niederspannungsspulen ebenfalls in einer entsprechenden rechteckigen Struktur ausgeführt, um einen gleichbleibenden Isolationsabstand zu gewährleisten.

1) Da die magnetische Kerndichte etwa 25 % niedriger ist als bei herkömmlichen Siliziumstahlblechtransformatoren und der Blechdickenkoeffizient des Kerns mit ca. 0,87 deutlich niedriger ist als der von herkömmlichen Siliziumstahlblechtransformatoren mit 0,97, muss der Querschnitt größer sein. Bei einer Vergrößerung um mehr als 25 % erhöht sich der Umfang der Hoch- und Niederspannungsspulen entsprechend. Gleichzeitig muss die Windungslänge der Hoch- und Niederspannungsspulen angepasst werden. Um die Lastverluste der Spulen konstant zu halten, muss der Drahtquerschnitt entsprechend angepasst werden. Der Kupfergehalt von Transformatoren mit amorpher Legierung ist daher etwa 20 % höher als bei herkömmlichen Transformatoren.

3. Schaltungsmaterialien

Überblick

Der Innenkreis des Transformators besteht hauptsächlich aus Wicklungen (auch Spulen genannt). Er ist direkt mit dem externen Stromnetz verbunden und bildet das Kernstück des Transformators. Die Innenkreise des Transformators bestehen üblicherweise aus Drahtwicklungen. Kupfer- und Aluminiumdrähte werden je nach Querschnittsform in Runddrähte, Flachdrähte (die wiederum in Einzeldrähte, Verbunddrähte und vertauschte Drähte unterteilt werden können), Folienleiter usw. unterteilt. Die einzelnen Lagen bilden schließlich die gesamte Spule. Daher sind Kupfer und Aluminium die Hauptleitermaterialien im Transformator.

3.1 Vergleich der Eigenschaften von Kupfer und Aluminium

Sowohl Kupfer als auch Aluminium sind Metalle mit guter elektrischer Leitfähigkeit und werden häufig als Leiter für Transformatorenspulen verwendet. Die Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

3.2 Leistungsvergleich von Kupfer-Aluminium-Drähten in Transformatorwicklungen

Der Unterschied zwischen Kupfer- und Aluminiumtransformatoren wird auch durch den Materialunterschied bestimmt, der sich in folgenden Aspekten äußert:

1) Der spezifische Widerstand von Kupferleitern beträgt nur etwa 60 % desjenigen von Aluminiumleitern. Um die gleichen Anforderungen an Verluste und Temperaturanstieg zu erfüllen, ist der Querschnitt der verwendeten Aluminiumleiter mehr als 60 % größer als der von Kupferleitern, sodass die gleiche Kapazität und die gleichen Parameter erforderlich sind. Das Volumen des Transformators mit Aluminiumleitern ist in der Regel größer als das des Transformators mit Kupferleitern, aber die Wärmeableitungsfläche des Transformators ist dadurch ebenfalls größer, sodass der Temperaturanstieg des Öls geringer ist;

2) Die Dichte von Aluminium beträgt nur etwa 30 % der Dichte von Kupfer, daher sind Verteiltransformatoren mit Aluminiumleitern leichter als Verteiltransformatoren mit Kupferleitern;

3) Der Schmelzpunkt des Aluminiumleiters ist viel niedriger als der des Kupferleiters, daher beträgt die Temperaturerhöhungsgrenze des Kurzschlussstroms 250 °C, was niedriger ist als die 350 °C des Kupferleiters. Groß, daher ist auch das Volumen größer als beim Transformator mit Kupferleiter;

4) Die Härte des Aluminiumleiters ist gering, daher lassen sich Oberflächengrate leichter entfernen, wodurch nach der Herstellung des Transformators die Wahrscheinlichkeit eines durch Grate verursachten Windungs- oder Zwischenlagenkurzschlusses verringert wird;

5) Aufgrund der geringen Zug- und Druckfestigkeit sowie der schlechten mechanischen Festigkeit von Aluminiumleitern sind Transformatoren mit Aluminiumleitern nicht so kurzschlussfest wie Transformatoren mit Kupferleitern. Die Spannungsgrenze des Leiters beträgt 1600 kg/cm², und die Tragfähigkeit wird dadurch erheblich verbessert;

6) Der Schweißprozess zwischen dem Aluminiumleiter und dem Kupferleiter ist schlecht, und die Schweißqualität der Verbindung lässt sich nicht leicht gewährleisten, was die Zuverlässigkeit des Aluminiumleiters in gewissem Maße beeinträchtigt.

7) Die spezifische Wärmekapazität des Aluminiumleiters beträgt 239 % derjenigen des Kupferleiters. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte und der unterschiedlichen Auslegungsdichte ist der tatsächliche Unterschied der thermischen Zeitkonstante jedoch nicht so groß wie der Unterschied in der spezifischen Wärmekapazität. Die kurzzeitige Überlastfähigkeit von Trockentransformatoren wird dadurch kaum beeinflusst.

4. Isoliermaterial

Überblick

Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer eines Transformators hängen jedoch maßgeblich vom verwendeten Isoliermaterial ab. Isoliermaterialien, auch Dielektrika genannt, sind Stoffe mit hohem spezifischem Widerstand und geringer Leitfähigkeit. Sie dienen der Trennung von Leitern, die geladen sind oder unterschiedliche Potenziale aufweisen, und ermöglichen so den Stromfluss in eine bestimmte Richtung. In Transformatoren erfüllen Isoliermaterialien zudem Funktionen wie Wärmeableitung, Kühlung, Stützung, Fixierung, Lichtbogenlöschung, Verbesserung des Potenzialgradienten, Feuchtigkeits- und Schimmelbeständigkeit sowie Leiterschutz. Unter Gleichspannung fließt nur ein sehr geringer Strom durch das Isoliermaterial. Dessen spezifischer Widerstand (bezogen auf den spezifischen Widerstand in Luft) ist relativ hoch und liegt üblicherweise zwischen 10⁸ und 10²⁰ Ω·cm (der spezifische Widerstand eines Leiters beträgt 10⁻⁶ bis 10⁻³ Ω·cm, der eines Halbleiters 10⁻³ bis 10⁸ Ω·cm).

Das Isoliermaterial weist einen sehr hohen Widerstand gegenüber Gleichstrom auf. Aufgrund seines hohen spezifischen Widerstands ist es unter Gleichspannung praktisch nichtleitend, abgesehen von einem sehr geringen Oberflächenleckstrom; gegenüber Wechselstrom hingegen ist es kapazitiv. Elektrischer Strom wird im Allgemeinen ebenfalls als nichtleitend betrachtet. Je höher der spezifische Widerstand des Isoliermaterials ist, desto besser sind seine Isolationseigenschaften.

Isoliermaterialien werden in Transformatoren eingesetzt, um die leitenden Teile voneinander und von der Erde (Nullpotential) zu isolieren. Bei der Verwendung in verschiedenen Halterungen müssen sie zudem gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus erfüllen Isoliermaterialien weitere Funktionen wie Kühlung, Fixierung, Energiespeicherung, Lichtbogenlöschung, Verbesserung des Potenzialgradienten, Feuchtigkeits- und Schimmelschutz sowie den Schutz der Leiter.

Im Allgemeinen lassen sich Dämmstoffe in drei Kategorien einteilen:

1) Gasisolierende Materialien: Unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen weisen die meisten trockenen Gase gute Isoliereigenschaften auf, wie z. B. Luft, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlendioxid, Schwefelhexafluorid usw. Luft und Schwefelhexafluorid werden unter anderem in Transformatoren weit verbreitet eingesetzt;

2) Flüssige Isolierstoffe: Flüssige Isolierstoffe liegen üblicherweise in Form von Öl vor, auch Isolieröl genannt. Beispiele hierfür sind Mineralöle, Pflanzenöle, synthetische Ester usw.;

3) Feste Isoliermaterialien: wie z. B. Isolierfarbe, Isolierkleber, Isolierpapier, Isolierkarton, Wellpappe, elektrische Kunststoffe und Folien, elektrische Laminate (Stäbe, Rohre), gegossenes Epoxidharz, elektrisches Porzellan, Gummi, Glimmerprodukte usw. .

4.1 Isolieröl

Das Isolieröl zeichnet sich durch hohe elektrische Festigkeit, hohe Blitzfestigkeit, niedrigen Gefrierpunkt, Beständigkeit gegenüber Sauerstoff, hohen Temperaturen und starken elektrischen Feldern, Ungiftigkeit, Korrosionsbeständigkeit, niedrige Viskosität und gute Fließfähigkeit aus. Es findet breite Anwendung in elektrischen Produkten wie Transformatoren, Ölschaltern, Kondensatoren und Kabeln und dient dort der Isolation, Kühlung, Imprägnierung und Füllung. Darüber hinaus fungiert es in Ölschaltern als Lichtbogenlöscher und in Kondensatoren als Energiespeicher.

Das Isolieröl erfüllt im Transformator gleichzeitig die Doppelfunktion der Isolierung und Kühlung;

Isolieröle werden derzeit im Allgemeinen in folgende Kategorien unterteilt:

1) Mineralöl: wie zum Beispiel Transformatorenöl, Schaltanlagenöl, Kondensatoröl, Kabelöl;

2) Synthetisches Öl: wie z. B. Dodecylbenzol, Silikonöl, synthetischer Ester usw.;

3) Pflanzenöl;

4.2 Epoxidharz

Epoxidharz ist eine Polymerverbindung. Es zeichnet sich durch ein festes, halbfestes oder quasifestes organisches Material mit unbestimmter (meist hoher) Molekülmasse, Fließfähigkeit unter Belastung, in der Regel einem Erweichungs- oder Schmelzbereich und einem festen Querschnitt aus, der oft eine schalenartige Form aufweist. Es besitzt folgende grundlegende Eigenschaften:

1) Die Molekülkette ist sehr lang; jede Kette enthält Hunderte oder sogar Zehntausende von Atomen, die kovalent miteinander verbunden sind.

2) Die lange Molekülkette besteht aus der kleinsten sich wiederholenden Einheit, dem Kettenglied, und die Anzahl der Kettenglieder in einem Molekül wird als Polymerisationsgrad bezeichnet;

3) Die gesamte intermolekulare Kraft von Makromolekülen übersteigt oft die chemische Bindungskraft zwischen den Atomen im Molekül, sodass Polymerverbindungen eine Reihe von Eigenschaften aufweisen: zum Beispiel gibt es keine gasförmigen Polymere, der Polymerauflösungsprozess ist sehr langsam usw. Wenn Vernetzungen zwischen den Molekülen vorliegen, ist diese Eigenschaft noch ausgeprägter.

Epoxidharz bezeichnet Oligomere mit Epoxidgruppen. Epoxidharze wurden erstmals 1891 erwähnt. Nach 1947 synthetisierten viele Unternehmen in den USA und der Schweiz Bisphenol-A-Epoxidharze industriell. In meinem Land begann die Produktion 1956.

Die elektrischen Isolationseigenschaften von Epoxidharzen sind besonders herausragend. Ohne Füllstoffzusatz beträgt die Bandlücke (EB) des ausgehärteten Produkts über 16 MV/m, der spezifische Widerstand (pV) über 10¹¹ Ω·m, die Permittivität (εr) 3 bis 4 und der Verlustfaktor (tanδ) unter Netzfrequenz etwa 0,002. Daher werden 20%ige Ring-Sauerstoff-Harze für elektrische und elektronische Isolationsanwendungen eingesetzt, beispielsweise als Epoxid-Imprägnierlack (Klasse B) für die Imprägnierung von Statorwicklungen kleiner und mittlerer Motoren; lösungsmittelfreier Epoxidlack dient der Vakuumimprägnierung von Statorwicklungen großer Motoren; Laminate (Platten, Rohre, Stäbe) werden als Nutkeile und Abstandshalter für Motoren sowie als Betätigungsstangen für Hochspannungsschalter verwendet; Klebstoffe dienen der Verklebung von Hochspannungs-Porzellan-Durchführungen; Gießmassen werden zur Scheibenisolierung in vollständig gekapselten, mit Schwefelhexafluorid hergestellten kombinierten elektrischen Anlagen (GIS) eingesetzt. Weitere Anwendungsgebiete sind Isolatoren, Transformatoren und Hochspannungs-Keramikkondensatoren. Derzeit sind die Markennamen für in China hergestellte Epoxidharze bzw. modifizierte Epoxidharze noch nicht einheitlich. Auch die Namen verschiedener Epoxidharzhersteller weltweit unterscheiden sich und müssen durch Marken gekennzeichnet werden.

Epoxidharze sind Oligomere und können erst nach der Aushärtung verwendet werden. Das Härtermittel reagiert mit dem Epoxidharz und vernetzt die Harzmoleküle von einer linearen zu einer dreidimensionalen Struktur. Promotoren/Katalysatoren senken die Aktivierungsenergie der Reaktion und fördern bzw. steuern den Gelierungsprozess des Gießharzes. Das Härtermittel nutzt den enthaltenen aktiven Wasserstoff für eine ringöffnende Additionsreaktion mit den aktiven Epoxidgruppen im Harz, um die Aushärtung zu erreichen. Aktiver Wasserstoff kann die Gruppen -NH₂, -NH-, -COOH, -OH oder -SH im Härter oder Beschleuniger enthalten. Häufig verwendete Härter sind Amine und Säureanhydride. Einige Härter benötigen Beschleuniger/Katalysatoren, andere hohe Temperaturen und wieder andere reagieren heftig bei niedrigen Temperaturen. Unterschiedliche Härter führen zu großen Unterschieden in den Eigenschaften der ausgehärteten Produkte, was die endgültigen Produkteigenschaften maßgeblich beeinflusst. Daher ist die sorgfältige Auswahl des Härters im Epoxidharz-Formulierungssystem von entscheidender Bedeutung.

Epoxidharzisolierung wird in Trockentransformatoren eingesetzt und ist eine Entwicklung der letzten 40 Jahre. Die Transformatorspule soll eine Lebensdauer von 30 Jahren erreichen und die Wärmebeständigkeitsklasse F erfüllen. Herkömmliche Materialien können diese Anforderungen nur schwer erfüllen.

Hierfür ist es notwendig, die verwendeten Materialien sowie deren Herstellungsverfahren und -systeme zu entwickeln, zu optimieren, zu testen und zu verifizieren, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Bei harzisolierten Trockentransformatoren wird das Epoxidharzsystem durch Gießen oder Tauchen aufgebracht und anschließend thermisch ausgehärtet, um die Spulenisolierung (d. h. die Längsisolierung) zu bilden. Während des gesamten Betriebs des Trockentransformators muss die Epoxidharzisolierung zudem die elektrische Isolation der Spule und deren mechanische Festigkeit gewährleisten sowie die Wärme innerhalb der Spule durch Wärmeleitung abführen.

Die größte Schwäche liegt in der Unumkehrbarkeit und Unreparierbarkeit von Defekten und Schäden an der Harzisolierung (im Allgemeinen Herstellungsfehler und Betriebsschäden). Daher ist die Vermeidung von Rissen in der Feststoffisolierung, von Gussfehlern und von Teilentladungen besonders wichtig und bildet den Schlüssel zur Fertigungstechnologie von Feststoffisolierungen. Sie steht im Mittelpunkt des Wettbewerbs zwischen den Herstellern.

Aufgrund der hohen Temperaturerhöhung durch die Verluste im Transformatorbetrieb arbeitet die Harzisolierung über lange Zeit bei hohen Temperaturen (z. B. bei Transformatoren der Klasse F, deren maximale Auslegungstemperatur üblicherweise bei ca. 140 °C liegt). Der Transformator kann vor der Inbetriebnahme und während der Wartung hohen Temperaturen (z. B. -30 °C) ausgesetzt sein und ist jederzeit starken elektrischen Schlägen durch Blitzeinschläge, Hochspannung oder Kurzschlüssen ausgesetzt. Harzisolierte Spulen müssen sich diesen Veränderungen anpassen und elektrodynamischen Kurzschlussschlägen bei extrem hohen und niedrigen Temperaturen standhalten können. Daher werden äußerst hohe Anforderungen an die thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Epoxid-Isoliersystemen gestellt.

Derzeit gibt es zwei Arten von Isoliermaterialsystemen für Gießharztransformatoren: das eine ist „reines Gießharz + Glasfaserverstärkung mit hohem Füllgrad“, das andere ist „Gießharz-Quarzpulver + lokale Verstärkung aus Prepreg-Glasgewebe“.

Das Isolationssystem (d. h. die konventionelle Isolationsstruktur) umfasst ein breiteres Feld als das Isolationsmaterialsystem. Es bezieht sich auf die Isolation elektrischer Betriebsmittel (oder ihrer einzelnen Komponenten) als Ganzes und beinhaltet nicht nur Isolationsmaterialien und deren Kombinationen, sondern auch Isolation und Leiter. Ebenso relevant sind die Wechselwirkungen zwischen Magneten, elektrischen Feldern und der Umgebung (Gase oder Flüssigkeiten und deren Bedingungen, Oberflächenverunreinigungen, Wärmeabfuhrbedingungen, mechanische Kräfte oder Strahlung usw.) sowie die Anpassungsfähigkeit an die Betriebsparameter des Stromversorgungssystems. Luftströmung und Wärmeabfuhr in Trockentransformatoren, Isolationsspannungen usw. fallen ebenfalls unter den zu berücksichtigenden Aspekten des Isolationssystems.

4.3 Isolierpapier

Pflanzenfaserpapier wird in Holzfaser-, Baumwollfaser- und Hanffaserpapier unterteilt, wobei reines Sulfat-Holzzellstoffpapier am häufigsten verwendet wird. Tanne, Korea-Kiefer und andere Hölzer bestehen hauptsächlich aus Zellulose, einem natürlichen Polymer. Die Herstellung von Isolierpapier erfolgt chemisch, beispielsweise durch das Sulfatverfahren. Dabei ist Natriumsulfid (Na₂S) der Hauptbestandteil der Kochflüssigkeit. Das Natriumsulfid wird hydrolysiert, wobei Natriumhydrogensulfid und Natriumhydroxid entstehen. Die Zellulose reagiert mit der Lauge und löst sich darin auf. Da die Kochflüssigkeit relativ mild ist, sinkt das Molekulargewicht der Zellulose nur geringfügig. Häufig verwendete Pflanzenzellulose-Isolierpapiere in Transformatoren sind: Isolierpapier für Stromkabel, Hochspannungskabel und Windungsisolierpapier.

1) Kabelpapier: Das Kabelpapier wird aus Kraftzellstoff hergestellt und ist in den Sorten DL08, DL12 und DL17 mit Dicken von 0,08 mm, 0,12 mm bzw. 0,17 mm erhältlich. Es wird als Rollenware geliefert. Nach der Imprägnierung mit Transformatorenöl werden die mechanische und die elektrische Festigkeit des Kabelpapiers deutlich verbessert. Beispielsweise beträgt die elektrische Festigkeit des Kabelpapiers an der Luft 6–9 × 10³ kV/m, nach dem Trocknen und Eintauchen in Transformatorenöl erreicht sie 70–90 × 10³ kV/m. Es weist eine ausreichende thermische Stabilität auf und wird üblicherweise als Wicklungs- und Zwischenlagenisolierung eingesetzt. Kabelpapier umfasst außerdem Hochspannungs-, Niederspannungs- und hochdichtes Kabelpapier sowie Isolierkrepppapier. Hochspannungs-Kabelpapier eignet sich für Transformatoren mit Spannungen von 110–330 kV und zeichnet sich durch einen geringen dielektrischen Verlustfaktor aus. Niederspannungs-Kabelpapier dient zur Isolierung von Stromkabeln, Transformatoren und anderen elektrischen Produkten bis 35 kV. Isolierkrepppapier wird aus elektrischem Isolierpapier hergestellt. Es wird gekräuselt, wodurch Falten in Querrichtung entstehen, die sich beim Dehnen glätten. Es wird häufig zur Isolierung von ölgekühlten Transformatoren verwendet, beispielsweise zur Isolierung von Spulenanschlüssen, Zuleitungen und elektrostatischen Abschirmvorrichtungen. Hochdichtes Kabelpapier ist ebenfalls eine Art Isolierkrepppapier. Seine elektrische Festigkeit ist 100 % bis 150 % höher, seine mechanische Festigkeit 50 % höher. Es ist zudem ölbeständig, elastisch und leicht dehnbar. Es kann anstelle von Isolierband verwendet werden und dient zur Isolierung von Drahtverbindungen und Biegungen.

2) Telefonpapier: Telefonpapier wird ebenfalls aus Sulfatzellstoff hergestellt und findet häufig Verwendung in Telefonkabeln. Es besitzt eine geringe mechanische Festigkeit und dient im Allgemeinen als Windungs-, Lagen- oder Mantelisolierung von Leitern.

3) Kondensatorpapier: Kondensatorpapier wird je nach Anwendungszweck in Klasse A und Klasse B unterteilt. Klasse-A-Kondensatorpapier wird in der Elektronikindustrie für metallisierte Papierkondensatoren verwendet. Klasse B dient hauptsächlich als Zwischenpol-Dielektrikum für Leistungskondensatoren. Kondensatorpapier zeichnet sich durch hohe Dichte und geringe Dicke aus. Es wird häufig in Stromwandlern, seltener in Transformatoren eingesetzt.

4) Aufgewickeltes Isolierpapier: Das aufgewickelte Isolierpapier dient als Trägerpapier für das Leimpapier. Dieses Leimpapier wird zum Wickeln des Isolierzylinders (Rohrs) und der kapazitiven Hülse verwendet. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Wasseraufnahme höher ist als bei Kabelpapier, aber niedriger als bei Imprägnierpapier. Das Klebepapier wird in einseitig oder doppelseitig geklebtes Papier (mit Phenol- oder Epoxidharz) unterteilt und härtet bei niedriger Temperatur aus. Wird das Klebepapier zur Herstellung eines Papierrohrs oder zum Pressen eines Laminats verwendet, härtet der Klebstoff durch Erhitzen und Pressen aus. Die Rolle ist in der Regel einseitig geklebt, das gepresste Klebeband doppelseitig. Zusätzlich gibt es rautenförmig geklebtes Papier (Netzklebepapier), das zur Zwischenlagenisolierung von ölgekühlten Folienwicklungen dient. Nach dem Aushärten gewährleistet es die Haftung zwischen den Isolierungen sowie zwischen Isolierung und Folie und verbessert so die Festigkeit und Öldurchlässigkeit.

Konventionelles Transformatorenisolierpapier wird hauptsächlich für Kabelpapier, Krepppapier und Rakelpapier verwendet, die in Transformatoren als Windungsisolation, Zwischenlagenisolierung, Bleibindemittel usw. zum Einsatz kommen. Die Preise für verschiedene Isolierpapiersorten unterscheiden sich üblicherweise nicht. Sie liegen bei etwa 20 Yuan/kg.

4.4 Elektrische Verbundwerkstoffe

Elektrische Dünnschichten und Verbundwerkstoffe weisen hervorragende dielektrische Eigenschaften auf und zählen zu den dünnen Isolierfolien. Zu den elektrischen Folien gehören Polyester- und Polyimidfolien, die auch als Drahtisolierung und Zwischenlagenisolierung in Transformatoren eingesetzt werden können. Elektrische Verbundwerkstoffe sind Verbundprodukte, die aus ein- oder beidseitig mit Folie verklebten Fasern bestehen. Sie werden als Zwischenlagenisolierung in Transformatoren verwendet, insbesondere in trockentransformierten, foliengewickelten Spulen. Niederspannungsspulen werden üblicherweise aus Verbundwerkstoffen gefertigt. Nach der Imprägnierung mit Harz dienen sie als Zwischenlagenisolierung. Gängige Verbundwerkstoffe sind beispielsweise DMD und GHG.

Die vollständige Bezeichnung von DMD lautet Polyesterfilm-Polyesterfaser-Vliesstoff-Weichverbundwerkstoff. Es wird in vorimprägniertes und nicht vorimprägniertes DMD unterteilt. D) Der hergestellte dreilagige Weichverbundwerkstoff. DMD zeichnet sich durch hervorragende elektrische Isolation, Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit sowie ausgezeichnete Imprägniereigenschaften aus. Nicht vorimprägniertes DMD kann als Zwischenlagenisolierung für ölgekühlte Transformatoren und vorimprägniertes DMD als Zwischenlagenisolierung für Niederspannungs-Folienwicklungen in Trockentransformatoren der Klasse F eingesetzt werden. Die spezifischen Leistungskennwerte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Die vollständige Bezeichnung von GHG lautet „Polyimidfilm-vorimprägniertes Glasfaser-Weichverbundmaterial der H-Klasse“. Es handelt sich um ein dreilagiges Weichverbundmaterial aus Glasfasergewebe (G), das beidseitig auf einen Polyimidfilm (H) geklebt ist. Im Vergleich zu DMD weist es eine höhere Wärmebeständigkeit auf und eignet sich zur Zwischenlagenisolierung von Niederspannungs-Folienwickelspulen in Trockentransformatoren der Isolationsklasse H.

Die vollständige Bezeichnung von NHN lautet Polyimidfilm-Polyaramidfaser-Papier-Weichverbundwerkstoff. NHN ist derzeit das hochwertigste Dünnschichtisoliermaterial mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit, guten dielektrischen Eigenschaften, geringer Wasseraufnahme und hervorragender Feuchtigkeitsbeständigkeit. Es gehört zur Isolierstoffklasse H und kann für die Zwischenlagenisolierung von Trockentransformatoren der Klasse H verwendet werden. Die spezifischen Leistungsparameter sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

4.5 Isolierkarton

Isolierkarton wird aus reinem Kraftzellstoff hergestellt und findet Verwendung für Ölspaltabstandshalter, Ölspaltstreben, Separatoren, Pappröhren, Wellpappe, Eisenjochisolierung, Klammerisolierung und Endisolierung von Wickeldruckplatten für Tortenwicklungen usw. Gängige Dicken sind 1,0 mm, 1,5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm und 6 mm. Isolierkarton wird je nach Dichte in Karton mit niedriger, mittlerer und hoher Dichte unterteilt. Karton mit niedriger Dichte, üblicherweise als T3-Weichkarton bezeichnet, hat eine Dichte zwischen 0,75 g/cm³ und 0,9 g/cm³, eine geringe Festigkeit und wird häufig für Biege- oder Streckteile nach dem Anfeuchten verwendet, z. B. zur Herstellung von Winkelringen, Ringteilen und Weichpapierröhren. Karton mit niedriger Dichte zeichnet sich durch eine hohe Ölaufnahmefähigkeit und gute Formbarkeit, aber geringe mechanische Eigenschaften aus. Mitteldichte Pappe, üblicherweise als T1-Karton bezeichnet, hat eine Dichte zwischen 0,95 g/cm³ und 1,15 g/cm³ und wird beispielsweise als Stützpolster verwendet. Hochdichte Pappe, üblicherweise als T4-Karton bezeichnet, hat eine Dichte von 1,15 g/cm³ bis 1,3 g/cm³ und dient als Isolierrohr, Isolierdruckplatte und Endring. In der Ölplatten-Abstandshalterstruktur, die aus mehrlagigen Papierrohren für Hochspannungsspulen besteht, kann Wellpappe anstelle von Kartonstreben zur Bildung von Ölspalten verwendet werden. Dies spart Material bei gleichbleibender Isolationsleistung.

4.6 Polypropylenfolie

Die Polypropylenfolie besteht aus Polypropylenharz (PP), das zu einer dicken Platte extrudiert und in eine Richtung verstreckt wird. 0,92 g/cm³. 2) Sie weist gute elektrische Eigenschaften und chemische Stabilität auf, die relative Dielektrizitätskonstante liegt zwischen 2 und 2,2, und die Durchschlagspannung beträgt mehr als 150 MV/m. 3) Sie besitzt gute mechanische Eigenschaften und eine Zugfestigkeit von über 100 MPa. 4) Sie ist bei 125 °C dauerhaft einsetzbar und gehört zur Isolationsklasse E. 5) Sie ist hydrophob und stark wasserabweisend und eignet sich zur Drahtisolierung von ölgekühlten Transformatoren.

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