Après avoir lu ceci, vous aurez une compréhension approfondie des matériaux et de la construction du corps du transformateur.

Les principaux matériaux constituant le corps du transformateur comprennent les matériaux pour circuits magnétiques, les matériaux pour circuits imprimés, les matériaux isolants, les matériaux de structure, etc. Les utilisations et catégories spécifiques de ces matériaux sont les suivantes :

1. Tôle d'acier au silicium

Dans le transformateur, les exigences de performance de l'acier au silicium sont principalement les suivantes :

① La faible perte de fer est l'indicateur le plus important de la qualité des tôles d'acier au silicium. Tous les pays classent les aciers selon leur teneur en fer. Plus la perte de fer est faible, plus la qualité est élevée.

② L'intensité de l'induction magnétique (induction magnétique) est élevée sous le champ magnétique fort, ce qui réduit le volume et le poids du noyau de fer du moteur et du transformateur, et permet d'économiser des feuilles d'acier au silicium, des fils de cuivre et des matériaux isolants.

③La surface est lisse, plate et d'épaisseur uniforme, ce qui peut améliorer le facteur de remplissage du noyau de fer.

④Il a une bonne capacité de perforation et est facile à traiter.

⑤L'adhérence et la soudabilité du film isolant de surface sont bonnes, ce qui peut prévenir la corrosion et améliorer les propriétés de poinçonnage.

⑥ Pratiquement aucun vieillissement magnétique.

Classification et définition des nuances de tôles d'acier au silicium

Les transformateurs utilisent généralement des tôles d'acier au silicium à grains orientés laminées à froid pour garantir leur rendement énergétique à vide. Ces tôles se divisent en trois catégories, selon leurs propriétés et leurs procédés de fabrication : tôles d'acier au silicium à grains orientés laminées à froid ordinaires, tôles d'acier au silicium à haute perméabilité magnétique (ou à haute induction magnétique) et tôles d'acier au silicium gravées au laser. Généralement, sous un champ magnétique alternatif (valeur de crête) de 50 Hz et 800 A, la tôle d'acier au silicium présentant la polarisation magnétique minimale B_800A = 1,78 T à 1,85 T obtenue par le noyau de fer est appelée tôle d'acier au silicium ordinaire, ou « CGO ». La principale différence entre l'acier à haute perméabilité magnétique (Hi-B) et l'acier au silicium conventionnel réside dans le degré d'orientation gaussienne très élevé de l'acier Hi-B : les grains de silicium sont alignés de manière optimale dans la direction de facile aimantation. Dans l'industrie, le procédé de recristallisation secondaire est utilisé pour fabriquer des tôles d'acier au silicium à 3 % de silicium. L'orientation des grains de l'acier Hi-B est très élevée. L'écart moyen par rapport à la direction de laminage est de 3°, contre 7° pour les tôles d'acier au silicium ordinaires. De ce fait, l'acier Hi-B présente une perméabilité magnétique supérieure, généralement supérieure à 1,88 T (B800A). Cette perméabilité accrue améliore la texture d'orientation gaussienne et réduit les pertes fer. Autre caractéristique de l'acier Hi-B : la tension élastique du film de verre et du revêtement isolant appliqués à sa surface est de 3 à 5 N/mm², contre 1 à 2 N/mm² pour les tôles d'acier au silicium à orientation classique. Cette couche à haute tension réduit la largeur des domaines magnétiques et les pertes par courants de Foucault. Par conséquent, l'acier Hi-B présente des pertes fer inférieures à celles des tôles d'acier au silicium à orientation conventionnelle.

La tôle d'acier au silicium marquée au laser est fabriquée à partir d'acier Hi-B. Grâce à la technologie d'irradiation par faisceau laser, sa surface est légèrement déformée, l'axe magnétique est affiné et les pertes fer sont réduites. Les tôles d'acier au silicium marquées au laser ne peuvent pas être recuites, car l'effet du traitement laser disparaîtrait à haute température.

Elle est généralement d'environ 1,56 T, soit environ 20 % de la densité de flux de saturation d'une tôle d'acier au silicium conventionnelle (1,9 T). Par conséquent, la densité de flux nominale du transformateur doit également être réduite de 20 %. La densité de flux nominale des transformateurs à bain d'huile en alliage amorphe est généralement inférieure à 1,35 T. Celle des transformateurs à bain d'huile en alliage cristallin est généralement inférieure à 1,2 T.

2) Les bandes d'âme en agrégats amorphes sont sensibles aux contraintes. Une fois soumises à des contraintes, leurs performances à vide se dégradent facilement. Il convient donc d'accorder une attention particulière à leur structure. L'âme doit être suspendue à un cadre de support et enroulée sur elle-même, de manière à supporter son propre poids. Par ailleurs, une attention particulière doit être portée lors de l'assemblage : l'âme en fer ne doit pas être soumise à des contraintes et le martelage, ainsi que toute autre méthode de manipulation, doivent être réduits au minimum.

3) La magnétostriction est environ 10 % supérieure à celle des tôles d'acier au silicium classiques, ce qui rend le contrôle du bruit difficile et constitue l'un des principaux freins à la généralisation des transformateurs en alliage amorphe. Le niveau sonore des transformateurs est soumis à des exigences plus strictes, distinguant les zones sensibles des zones non sensibles. Ces exigences, de plus en plus ciblées, nécessitent une réduction supplémentaire de la densité magnétique du noyau.

4) La bande d'alliage amorphe est mince, avec une épaisseur de seulement 0,03 mm ; elle ne peut donc pas être transformée en tôle laminée comme une tôle d'acier au silicium classique, mais seulement en un noyau de fer enroulé. Par conséquent, les fabricants de transformateurs conventionnels ne peuvent pas réaliser eux-mêmes la structure du noyau de fer. Ils font appel à des sous-traitants, et, compte tenu de la section rectangulaire du noyau de fer enroulé, le bobinage du transformateur en alliage amorphe est généralement également de structure rectangulaire.

5) Le niveau de localisation est insuffisant. Actuellement, les bandes d'alliage amorphe sont principalement importées d'Hitachi Metals, et la localisation progresse lentement. En Chine, Antai Technology et Qingdao Yunlu proposent des bandes d'alliage amorphe à large bande (213 mm, 170 mm et 142 mm), mais il subsiste un écart de performance avec la stabilité des bandes importées.

6) La longueur maximale de la bande est limitée. La longueur maximale de la bande périphérique extérieure de l'alliage amorphe est également fortement limitée en début de production en raison des dimensions du four de recuit. Cependant, ce problème est désormais résolu et il est possible de produire des alliages amorphes d'une longueur périphérique maximale de 10 m. Le châssis à noyau de fer permet de fabriquer des transformateurs à sec en alliage amorphe de 3 150 kVA et moins, ainsi que des transformateurs à huile en alliage amorphe de 10 000 kVA et moins.

Grâce à l'excellent rendement énergétique des transformateurs en alliage amorphe, conjugué à la promotion des économies d'énergie et de la réduction des émissions au niveau national, la part de marché de ces transformateurs est en hausse. Le prix des bandes d'alliage amorphe (actuellement 26,5 yuans/kg) est environ deux fois supérieur à celui des tôles d'acier au silicium classiques (30Q120 ou 30Q130), et l'écart avec le cuivre est relativement faible. Compte tenu des exigences de qualité des produits destinés aux réseaux électriques et des appels d'offres, les transformateurs en alliage amorphe utilisent généralement des conducteurs en cuivre. Comparés aux tôles d'acier au silicium classiques, les principaux écarts de coût des transformateurs en alliage amorphe sont les suivants :

1) Du fait de la structure du noyau bobiné, il convient d'adopter une structure triphasée à cinq colonnes pour le noyau du transformateur, ce qui permet de réduire le poids du noyau monobloc et de simplifier l'assemblage. Les structures triphasées à cinq colonnes et à trois colonnes présentent chacune leurs avantages et inconvénients en termes de coût. Actuellement, la plupart des fabricants utilisent une structure triphasée à cinq colonnes. Le noyau monobloc acheté et son assemblage sont illustrés sur la figure 2.

2) Étant donné que la section transversale de la tige est rectangulaire, afin de maintenir une distance d'isolation constante, les bobines haute et basse tension sont également réalisées dans une structure rectangulaire correspondante.

1) Étant donné que la densité magnétique du noyau est environ 25 % inférieure à celle des transformateurs conventionnels à tôle d'acier au silicium, et que le coefficient de stratification de ce noyau est d'environ 0,87 (bien inférieur à celui des transformateurs conventionnels à tôle d'acier au silicium, qui est de 0,97), sa section transversale doit être plus importante. Si cette augmentation dépasse 25 %, le périmètre des bobines haute et basse tension sera également accru. Il est par ailleurs nécessaire de prendre en compte l'allongement du nombre de spires de ces bobines. Afin de maintenir les pertes dans les bobines constantes, la section transversale du fil doit être adaptée. En conséquence, la teneur en cuivre des transformateurs en alliage amorphe est environ 20 % supérieure à celle des transformateurs conventionnels.

3. Matériaux pour circuits

Aperçu

Le circuit interne d'un transformateur est principalement composé d'enroulements (ou bobines). Directement connecté au réseau électrique externe, il constitue l'élément central du transformateur. Ce circuit interne est généralement réalisé à partir de fils conducteurs. Les fils de cuivre et d'aluminium se déclinent en fils ronds, fils plats (eux-mêmes subdivisés en fils simples, fils combinés et fils transposés), conducteurs en feuille, etc., selon leur section. L'ensemble forme la bobine. Ainsi, les principaux matériaux conducteurs du circuit d'un transformateur sont le cuivre et l'aluminium.

3.1 Comparaison des caractéristiques du cuivre et de l'aluminium

Le cuivre et l'aluminium sont deux métaux conducteurs d'électricité couramment utilisés pour la fabrication des bobines de transformateurs. Leurs différences de propriétés physiques sont présentées dans le tableau suivant :

3.2 Comparaison des performances des fils cuivre-aluminium dans les enroulements de transformateurs

La différence entre les transformateurs cuivre-aluminium est également déterminée par la différence des matériaux, ce qui se manifeste sous les aspects suivants :

1) La résistivité des conducteurs en cuivre ne représente qu'environ 60 % de celle des conducteurs en aluminium. Afin de satisfaire aux mêmes exigences en matière de pertes et d'échauffement, la section des conducteurs en aluminium utilisés est plus de 60 % supérieure à celle des conducteurs en cuivre. Par conséquent, à capacité et paramètres identiques, le volume d'un transformateur à conducteurs en aluminium est généralement supérieur à celui d'un transformateur à conducteurs en cuivre. Toutefois, la surface de dissipation thermique du transformateur est également accrue, ce qui réduit l'échauffement de l'huile.

2) La densité de l'aluminium ne représente qu'environ 30 % de celle du cuivre, les transformateurs de distribution à conducteur en aluminium sont donc plus légers que les transformateurs de distribution à conducteur en cuivre ;

3) Le point de fusion du conducteur en aluminium est bien inférieur à celui du conducteur en cuivre ; la limite d’élévation de température due au courant de court-circuit est donc de 250 °C, inférieure aux 350 °C du conducteur en cuivre. De plus, le volume du transformateur est plus important que celui d’un transformateur à conducteur en cuivre.

4) La dureté du conducteur en aluminium est faible, il est donc plus facile d'éliminer les bavures de surface, de sorte qu'après la fabrication du transformateur, la probabilité de court-circuit entre spires ou entre couches causée par les bavures est réduite ;

5) En raison de la faible résistance à la traction et à la compression des conducteurs en aluminium et de leur faible résistance mécanique, les transformateurs à conducteurs en aluminium ne sont pas aussi résistants aux courts-circuits que les transformateurs à conducteurs en cuivre. La limite de contrainte du conducteur est de 1600 kg/cm2, et la capacité de charge est grandement améliorée ;

6) Le processus de soudage entre le conducteur en aluminium et le conducteur en cuivre est de mauvaise qualité, et la qualité de la soudure du joint n'est pas facile à garantir, ce qui affecte dans une certaine mesure la fiabilité du conducteur en aluminium.

7) La chaleur spécifique du conducteur en aluminium représente 239 % de celle du conducteur en cuivre. Cependant, compte tenu de la différence de densité et de densité électrique nominale entre les deux, la différence réelle de constante de temps thermique est moins importante que la différence de chaleur spécifique. La capacité de surcharge à court terme des transformateurs secs est donc peu affectée.

4. Matériau isolant

Aperçu

La fiabilité et la durée de vie d'un transformateur dépendent largement du matériau isolant utilisé. Les matériaux isolants, également appelés diélectriques, sont des substances à haute résistivité et faible conductivité. Ils permettent d'isoler les conducteurs chargés ou à des potentiels différents, en autorisant la circulation du courant dans un sens précis. Dans les transformateurs, les matériaux isolants assurent également la dissipation thermique, le refroidissement, le support, la fixation, l'extinction des arcs électriques, l'amélioration du gradient de potentiel, la résistance à l'humidité et aux moisissures, ainsi que la protection des conducteurs. Sous l'effet d'une tension continue, seul un courant très faible traverse le matériau isolant. Sa résistivité (par rapport à la résistivité volumique dans l'air) est relativement élevée, généralement de l'ordre de 10⁸ à 10²⁰ Ω·cm (la résistivité d'un conducteur est de 10⁻⁶ à 10⁻³ Ω·cm et celle d'un semi-conducteur de 10⁻³ à 10⁸ Ω·cm).

Le matériau isolant présente une très grande résistance au courant continu. Du fait de sa résistivité élevée, sous l'action d'une tension continue, il est pratiquement non conducteur, hormis un très faible courant de fuite de surface ; il présente en revanche une capacité vis-à-vis du courant alternatif. Le courant électrique est également généralement considéré comme non conducteur. Plus la résistivité du matériau isolant est élevée, meilleures sont ses propriétés isolantes.

Dans les transformateurs, les matériaux isolants servent à isoler les parties conductrices entre elles et de les relier à la terre (potentiel nul). Utilisés comme supports, ils doivent également présenter de bonnes propriétés mécaniques. De plus, les matériaux isolants remplissent d'autres fonctions : refroidissement, fixation, stockage d'énergie, extinction d'arc électrique, amélioration du gradient de potentiel, protection contre l'humidité et les moisissures, et protection des conducteurs.

En général, les matériaux isolants se répartissent en trois catégories :

1) Matériaux isolants gazeux : Dans des conditions normales de température et de pression, les gaz secs courants possèdent de bonnes propriétés isolantes, tels que l'air, l'azote, l'hydrogène, le dioxyde de carbone, l'hexafluorure de soufre, etc. Parmi eux, l'air et l'hexafluorure de soufre sont largement utilisés dans les transformateurs ;

2) Matériau isolant liquide : Le matériau isolant liquide se présente généralement sous forme d'huile, également appelée huile isolante. Tels que les huiles minérales, les huiles végétales, les esters synthétiques, etc. ;

3) Matériaux isolants solides : tels que peinture isolante, colle isolante, papier isolant, carton isolant, carton ondulé, plastiques et films électriques, stratifiés électriques (tiges, tubes), résine époxy moulée, porcelaine électrique, caoutchouc, produits en mica, etc.

4.1 Huile isolante

L'huile isolante se caractérise par une rigidité diélectrique élevée, une excellente tenue à la foudre, un point de congélation bas, une température de fonctionnement élevée sous l'action de l'oxygène, une résistance aux hautes températures et aux champs électriques intenses, sa non-toxicité, sa non-corrosivité, sa faible viscosité et sa bonne fluidité. Elle est largement utilisée dans les produits électriques tels que les transformateurs, les interrupteurs à bain d'huile, les condensateurs et les câbles, où elle assure l'isolation, le refroidissement, l'imprégnation et le remplissage. De plus, elle contribue à l'extinction des arcs électriques dans les interrupteurs à bain d'huile et au stockage d'énergie dans les condensateurs.

L'huile isolante joue simultanément le double rôle d'isolation et de refroidissement dans le transformateur ;

Les huiles isolantes sont actuellement généralement divisées dans les catégories suivantes :

1) Huile minérale : par exemple, huile de transformateur, huile de commutateur, huile de condensateur, huile de câble ;

2) Huile synthétique : telle que le dodécylbenzène, l'huile de silicone, l'ester synthétique, etc. ;

3) Huile végétale ;

4.2 Résine époxy

La résine époxy est un composé polymère. Elle se caractérise par un matériau organique solide, semi-solide ou quasi-solide, de masse moléculaire indéterminée (généralement élevée), présentant une tendance à l'écoulement sous contrainte, un domaine de ramollissement ou de fusion, et une section transversale solide souvent en forme de coquille. Ses caractéristiques principales sont les suivantes :

1) La chaîne moléculaire est très longue, chaque chaîne contient des centaines, voire des dizaines de milliers d'atomes, qui sont liés entre eux par des liaisons covalentes ;

2) La longue chaîne moléculaire est composée de la plus petite unité répétitive, c'est-à-dire le maillon de la chaîne, et le nombre de maillons de la chaîne dans une molécule est appelé le degré de polymérisation ;

3) La force intermoléculaire totale des macromolécules dépasse souvent la force de liaison chimique entre les atomes de la molécule, de sorte que les composés polymères ont une série de caractéristiques : par exemple, il n'y a pas de polymère gazeux, le processus de dissolution du polymère est très lent, etc. S'il y a réticulation entre les molécules, cette caractéristique est encore plus distinctive.

La résine époxy désigne des oligomères contenant des groupements fonctionnels époxy. Les premières résines époxy sont apparues en 1891. Après 1947, de nombreuses entreprises aux États-Unis et en Suisse ont réussi à synthétiser industriellement des résines époxy à base de bisphénol A. Mon pays a commencé la production en 1956.

Les propriétés d'isolation électrique des matériaux époxy sont particulièrement remarquables. Sans ajout de charge, le faisceau d'électrons (EB) du produit durci est supérieur à 16 MV/m, la résistance de contact (pV) est supérieure à 10¹¹ Ω·m, le coefficient de permittivité (εr) est compris entre 3 et 4 et la tangente de l'angle de perte (tanδ) est d'environ 0,002 à la fréquence industrielle. De ce fait, les résines époxy à 20 % d'oxygène sont utilisées pour l'isolation électrique et électronique, notamment comme peinture d'imprégnation de classe B pour les enroulements de stator de petits et moyens moteurs ; la peinture époxy sans solvant est utilisée pour l'imprégnation sous vide des enroulements de stator de gros moteurs ; les stratifiés (plaques, tubes, barres) servent de cales et d'entretoises pour les moteurs et les tringles de commande des interrupteurs haute tension ; les adhésifs sont utilisés pour le collage des traversées électriques en porcelaine haute tension ; les bétons réfractaires sont utilisés pour l'isolation des disques dans les composants des appareils électriques combinés (AEC) à base d'hexafluorure de soufre (SHF), tels que les isolateurs, les transformateurs et les condensateurs céramiques haute tension. À l'heure actuelle, les noms de marque des résines époxy ou des résines époxy modifiées produites en Chine ne sont pas encore uniformes. Les noms des différents fabricants de résines époxy à travers le monde varient également et nécessitent une identification par marque.

Les résines époxy sont des oligomères et ne peuvent être utilisées qu'après polymérisation. L'agent de polymérisation réagit avec la résine époxy pour réticuler les molécules de résine, passant d'une structure linéaire à une structure massive. Les promoteurs/catalyseurs réduisent l'énergie d'activation de la réaction et peuvent favoriser/ajuster la gélification du matériau coulable. L'agent de polymérisation utilise l'hydrogène actif qu'il contient pour réaliser une réaction d'addition par ouverture de cycle avec le groupe époxy actif de la résine, permettant ainsi la polymérisation. L'hydrogène actif peut se présenter sous les formes -NH₂, -NH-, -COOH, -OH et -SH dans l'agent de polymérisation ou l'accélérateur. Les agents de polymérisation couramment utilisés sont les amines et les anhydrides d'acide. Certains agents de polymérisation nécessitent des accélérateurs/catalyseurs, d'autres des températures élevées, et d'autres encore peuvent réagir violemment à basse température. Différents agents de polymérisation induisent également de grandes différences dans les propriétés des produits polymérisés, ce qui a un impact significatif sur les propriétés finales du produit. Par conséquent, la conception et la sélection de l'agent de polymérisation sont cruciales dans la formulation des résines époxy.

L'isolation époxy, utilisée dans les transformateurs secs, est une technologie relativement récente (moins de 40 ans). La durée de vie nominale des bobines du transformateur doit atteindre 30 ans, et leur résistance à la chaleur doit être de classe F. Il est difficile pour les matériaux courants de répondre à ces exigences.

À cette fin, il est nécessaire de concevoir, d'optimiser, de tester et de vérifier les matériaux utilisés ainsi que leurs systèmes et procédés de formulation afin d'obtenir l'effet désiré. Dans le transformateur sec à isolation résine, le système de résine époxy est formé par coulée ou trempage, puis polymérisé thermiquement pour former l'isolation des bobines (isolation longitudinale). Durant tout le fonctionnement du transformateur sec, l'isolation en résine époxy doit également assurer l'isolation électrique et la résistance mécanique des bobines, et dissiper la chaleur à l'intérieur de celles-ci par conduction thermique.

Son principal inconvénient réside dans l'irréversibilité et l'irréparabilité des défauts et dommages affectant l'isolation en résine (généralement des défauts de fabrication et des dommages survenus lors de l'utilisation). Par conséquent, la prévention des fissures, des défauts de moulage et des décharges partielles est primordiale et constitue un enjeu majeur pour les technologies de fabrication d'isolants solides, ainsi qu'un point d'orgue de la concurrence entre les fabricants.

En raison de l'élévation de température importante causée par les pertes lors du fonctionnement du transformateur, l'isolation en résine fonctionne à haute température pendant une période prolongée (par exemple, pour les transformateurs de classe F, la température de fonctionnement maximale prévue est généralement d'environ 140 °C). Le transformateur peut être exposé à des températures élevées avant sa mise en service et lors de la maintenance, ainsi qu'à des températures très basses (jusqu'à -30 °C). De plus, il est susceptible de subir à tout moment des chocs électriques importants dus à la foudre, à une surtension ou à un court-circuit. Les bobines isolées en résine doivent pouvoir s'adapter à ces variations et résister aux chocs électrodynamiques, y compris les courts-circuits, à des températures extrêmes. Par conséquent, les exigences relatives aux propriétés thermiques, mécaniques et électriques des systèmes d'isolation époxy sont extrêmement strictes.

Il existe actuellement deux types de systèmes de matériaux isolants pour les transformateurs coulés en résine : l'un est « coulée en résine pure + renforcement par fibres de verre à taux de remplissage élevé », et l'autre est « coulée en poudre de quartz résine + renforcement local par treillis de verre préimprégné ».

Le système d'isolation (c'est-à-dire la structure d'isolation conventionnelle) couvre un champ plus vaste que le système de matériaux isolants. Il désigne l'isolation de l'équipement électrique (ou de ses composants indépendants) dans son ensemble, incluant non seulement les matériaux isolants et leurs combinaisons, mais aussi l'isolation et les conducteurs. Il englobe également les interactions avec les aimants, le champ électrique, l'environnement (gaz ou liquide et ses caractéristiques, contamination de surface, conditions de dissipation thermique, contraintes mécaniques ou rayonnement, etc.), ainsi que l'adaptabilité de l'isolation aux paramètres de fonctionnement du réseau électrique. La circulation d'air et la dissipation thermique dans un transformateur sec, les contraintes d'isolation, etc., font toutes partie intégrante du système d'isolation.

4.3 Papier isolant

Le papier à base de fibres végétales se divise en trois catégories : fibres de bois, fibres de coton et fibres de chanvre. Le plus couramment utilisé est le papier à base de pâte de bois au sulfate pur. Le sapin, le pin coréen et d’autres essences sont principalement composés de cellulose, un polymère naturel. La fabrication du papier isolant repose sur un procédé chimique, comme le procédé au sulfate. Dans ce procédé, le principal composant du bain de cuisson est le sulfure de sodium (Na₂S). Ce dernier est hydrolysé pour former du sulfure d’hydrogène de sodium et de l’hydroxyde de sodium. La cellulose réagit et se dissout dans la soude caustique. Le bain de cuisson étant relativement doux, la masse moléculaire de la cellulose diminue très peu. Les papiers isolants en cellulose végétale couramment utilisés dans les transformateurs sont : le papier pour câbles d’alimentation, le papier pour câbles haute tension et le papier isolant pour spires de transformateur.

1) Papier isolant : Ce papier est fabriqué à partir de pâte kraft et se décline en trois qualités : DL08, DL12 et DL17. Ses épaisseurs respectives sont de 0,08 mm, 0,12 mm et 0,17 mm. Il est fourni en rouleaux. Après imprégnation d'huile de transformateur, sa résistance mécanique et sa rigidité diélectrique sont considérablement améliorées. Par exemple, la rigidité diélectrique du papier isolant pour câbles de puissance, à l'air libre, est de 6 à 9 × 10³ kV/m. Après séchage et immersion dans l'huile de transformateur, elle atteint 70 à 90 × 10³ kV/m. Ce papier présente une stabilité thermique suffisante et est couramment utilisé comme isolant d'enroulement et isolant intercalaire. Il existe également des papiers isolants pour câbles haute tension, basse tension et haute densité, ainsi que du papier crêpe isolant. Les papiers pour câbles haute tension conviennent aux transformateurs de 110 à 330 kV et présentent une faible tangente de perte diélectrique. Le papier isolant pour câbles basse tension est utilisé pour l'isolation des câbles d'alimentation, des transformateurs et autres produits électriques de 35 kV et moins. Ce papier crêpe isolant est fabriqué à partir de papier isolant électrique. Sa fabrication consiste en un procédé de froissage, créant des plis transversaux qui s'écartent lorsqu'on l'étire. Il est fréquemment utilisé pour l'isolation des transformateurs immergés dans l'huile, notamment pour l'isolation des sorties de bobines, des conducteurs et des dispositifs de blindage électrostatique. Le papier isolant haute densité est également un type de papier crêpe isolant. Sa rigidité diélectrique est 100 % à 150 % supérieure à celle du papier crêpe standard, sa résistance mécanique est 50 % supérieure, sa rigidité diélectrique est élevée, sa résistance à l'huile est bonne, son élasticité est bonne et il est facilement extensible. Il peut être utilisé comme conducteur en remplacement du ruban adhésif verni, ainsi que pour l'isolation des connexions et des coudes de fils.

2) Papier téléphonique : Le papier téléphonique est également fabriqué à partir de pâte de sulfate, couramment utilisée dans les câbles téléphoniques. Sa résistance mécanique est faible et il est généralement utilisé comme isolant de spires, isolant de couches ou isolant de gaine des conducteurs.

3) Papier pour condensateurs : Le papier pour condensateurs est classé en deux catégories selon son utilisation. Le papier de classe A est utilisé pour les condensateurs à diélectrique papier métallisé dans l’industrie électronique. Le papier de classe B est principalement utilisé comme diélectrique interpolaire pour les condensateurs de puissance. Ce papier se caractérise par une forte étanchéité et une faible épaisseur. On l’utilise généralement dans les transformateurs de courant, mais rarement dans les transformateurs.

4) Papier isolant enroulé : Ce papier sert de support au papier d'encollage, lequel est utilisé pour enrouler le cylindre (tube) isolant et la gaine capacitive. Il se caractérise par une capacité d'absorption d'eau supérieure à celle du papier pour câbles et inférieure à celle du papier imprégné. Le papier encollé se décline en versions simple ou double face (collage à la résine phénolique ou époxy), polymérisant à basse température. Lors de la fabrication de tubes en papier ou du pressage de stratifiés, la colle polymérise définitivement par chauffage et pressage. Le rouleau est généralement un ruban simple face, tandis que le ruban pressé est un ruban double face. On trouve également du papier encollé en losange (papier encollé en maille), utilisé comme couche d'isolation intermédiaire pour les bobines d'enroulement de feuilles immergées dans l'huile. Après polymérisation, il assure l'adhérence entre les isolants et entre l'isolant et la feuille, améliorant ainsi la résistance et la perméabilité à l'huile.

Le papier isolant classique pour transformateurs est principalement utilisé pour la fabrication de câbles, de papier crêpe et de papier de distribution en forme de losange. Ces papiers servent à l'isolation entre spires, entre couches et à la fixation des conducteurs dans les transformateurs. Le prix des différents types de papier isolant est généralement similaire : environ 20 yuans/kg.

4.4 Matériaux composites électriques

Les films minces et les matériaux composites électriques possèdent d'excellentes propriétés diélectriques et appartiennent à la catégorie des matériaux isolants en feuilles minces. Les films minces comprennent les films de polyester et de polyimide, utilisés comme isolants pour les fils conducteurs et comme isolants intercalaires dans les transformateurs. Les matériaux composites électriques sont des produits composites constitués d'un ou deux films de fibres liés, utilisés comme isolants intercalaires dans les transformateurs, notamment dans les bobines à enroulement feuilleté à transformation sèche. Les bobines basse tension sont généralement fabriquées à partir de matériaux composites. Après imprégnation de résine, ils servent d'isolants intercalaires. Parmi les matériaux composites couramment utilisés, on trouve le DMD et le GHG.

Le DMD, ou matériau composite souple non tissé à base de film polyester et de fibres polyester, se divise en DMD pré-imprégné et DMD non pré-imprégné. D) Composite souple à trois couches. Le DMD présente d'excellentes propriétés d'isolation électrique, de résistance à la chaleur et de résistance mécanique, ainsi que d'excellentes propriétés d'imprégnation. Le DMD non pré-imprégné peut être utilisé comme isolant intermédiaire pour les transformateurs immergés dans l'huile, tandis que le DMD pré-imprégné peut servir d'isolant intermédiaire pour les bobines à enroulement feuille basse tension des transformateurs secs de classe F. Ses caractéristiques spécifiques sont présentées dans le tableau suivant :

Le GHG, ou matériau composite souple en fibre de verre et résine de classe H pré-imprégnée de film de polyimide, est un matériau composite souple à trois couches composé de tissu de fibre de verre (G) collé de part et d'autre d'un film de polyimide (H). Comparé au DMD, il présente une meilleure résistance à la chaleur et peut être utilisé comme couche d'isolation intermédiaire pour les enroulements à feuille basse tension des transformateurs secs à isolation de classe H.

Le nom complet du NHN est « matériau composite souple en papier, fibres de polyaramide et film de polyimide ». Le NHN est actuellement le matériau isolant en couche mince le plus performant, offrant une excellente résistance à la chaleur, de bonnes propriétés diélectriques, une faible absorption d'eau et une excellente résistance à l'humidité. Il appartient à la classe H des matériaux isolants et peut être utilisé comme isolation intercouche dans les transformateurs secs de classe H. Ses caractéristiques techniques sont présentées dans le tableau suivant :

4.5 Carton isolant

Le carton isolant est fabriqué à partir de pâte de bois kraft pure et peut être utilisé pour la fabrication d'entretoises, de supports, de séparateurs, de tubes en carton, de papier ondulé, d'isolants pour étriers métalliques, d'isolants pour clips et de plaques de pression pour enroulements en spirale. Son épaisseur courante est de 1,0 mm, 1,5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm ou 6 mm. Le carton isolant est classé en trois catégories selon sa densité : basse densité, moyenne densité et haute densité. Le carton basse densité, généralement appelé carton souple T3, a une densité comprise entre 0,75 g/cm³ et 0,9 g/cm³. Sa résistance est faible et il est souvent utilisé pour la fabrication de pièces cintrées ou extensibles après humidification, comme la formation de cornières, de pièces annulaires et de tubes en carton souple. Le carton basse densité présente un taux d'absorption d'huile élevé et une bonne formabilité, mais de faibles propriétés mécaniques. Le carton de densité moyenne, généralement appelé carton T1, a une densité comprise entre 0,95 g/cm³ et 1,15 g/cm³ et est utilisé comme cale de maintien, etc. Le carton haute densité, généralement appelé carton T4, a une densité comprise entre 1,15 g/cm³ et 1,3 g/cm³ et est utilisé pour la fabrication de tubes isolants, de plaques de pression isolantes et d'anneaux d'extrémité. Dans les structures d'entretoises isolantes composées de tubes multicouches en papier pour bobines haute tension, le carton ondulé peut également remplacer les entretoises en carton pour former les vides d'huile, ce qui permet de réaliser des économies de matériaux tout en garantissant les performances d'isolation.

4.6 Film de polypropylène

Le film en polypropylène est fabriqué à partir de résine de polypropylène (PP) extrudée en une feuille épaisse puis étirée dans un sens. Sa masse volumique est de 0,92 g/cm³. Il présente de bonnes propriétés électriques et une excellente stabilité chimique, avec un coefficient diélectrique relatif compris entre 2 et 2,2 et une tension de claquage supérieure à 150 mV/m. Ses propriétés mécaniques sont également excellentes, avec une résistance à la traction supérieure à 100 MPa. Il peut être utilisé durablement à 125 °C et appartient à la classe d'isolation E. Enfin, son caractère hydrophobe et sa forte capacité d'absorption d'eau le rendent idéal pour l'isolation des câbles des transformateurs immergés dans l'huile.

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