Dopo aver letto questo, avrete una comprensione completa del materiale e della costruzione del corpo del trasformatore.

I materiali principali del corpo del trasformatore includono materiali per circuiti magnetici, materiali per circuiti, materiali isolanti, materiali strutturali, ecc. Gli usi e le categorie specifici dei materiali sono:

1. Lamiera di acciaio al silicio

Nel trasformatore, i requisiti prestazionali dell'acciaio al silicio sono principalmente:

①Bassa perdita di ferro, che è l'indicatore più importante della qualità delle lamiere di acciaio al silicio. Tutti i paesi suddividono i gradi in base al valore della perdita di ferro. Minore è la perdita di ferro, migliore è il grado.

②L'intensità dell'induzione magnetica (induzione magnetica) è elevata in presenza di un campo magnetico intenso, il che riduce il volume e il peso del nucleo di ferro del motore e del trasformatore, e consente di risparmiare lamierini di acciaio al silicio, fili di rame e materiali isolanti.

③La superficie è liscia, piatta e di spessore uniforme, il che può migliorare il fattore di riempimento del nucleo di ferro.

④Ha una buona perforabilità ed è facile da lavorare.

⑤L'adesione e la saldabilità della pellicola isolante superficiale sono buone, il che può prevenire la corrosione e migliorare le proprietà di punzonatura.

⑥ Praticamente nessun invecchiamento magnetico.

Classificazione e definizione del grado della lamiera di acciaio al silicio

I trasformatori utilizzano solitamente lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo a grani orientati per garantire i loro livelli di efficienza energetica a vuoto. Le lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo a grani orientati possono essere suddivise in lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo a grani orientati ordinarie, lamiere di acciaio al silicio ad alta permeabilità magnetica (o lamiere di acciaio al silicio ad alta induzione magnetica) e lamiere di acciaio al silicio incise al laser, a seconda delle proprietà e dei metodi di lavorazione. Solitamente, sotto un campo magnetico alternato (valore di picco) di 50 Hz e 800 A, la lamiera di acciaio al silicio con la polarizzazione magnetica minima B800A=1,78 T～1,85 T ottenuta dal nucleo di ferro è chiamata lamiera di acciaio al silicio ordinaria, indicata come "CGO", e B800A=1,85 T o più La principale differenza tra l'acciaio Hi-B e l'acciaio al silicio convenzionale è: la tessitura di orientamento gaussiano dell'acciaio Hi-B Il grado dell'acciaio al silicio è molto elevato, vale a dire, l'allineamento dei grani di acciaio al silicio nella direzione di facile magnetizzazione è molto elevato. Nell'industria, il processo di ricristallizzazione secondaria viene utilizzato per produrre lamiere di acciaio al silicio con un contenuto di silicio del 3%. L'orientamento dei grani dell'acciaio Hi-B è molto elevato. La deviazione media dalla direzione di laminazione è di 3°, mentre quella della normale lamiera di acciaio al silicio è di 7°, pertanto l'acciaio Hi-B ha una permeabilità magnetica più elevata, solitamente il suo B800A può raggiungere oltre 1,88 T, il che migliora la tessitura di orientamento gaussiano e la permeabilità magnetica riduce le perdite di ferro. Un'altra caratteristica dell'acciaio Hi-B è che la tensione elastica del film di vetro e del rivestimento isolante applicati sulla superficie della lamiera d'acciaio è di 3~5 N/mm², che è migliore di 1~2 N/mm² della normale lamiera di acciaio al silicio orientato. Lo strato ad alta tensione riduce l'ampiezza del dominio magnetico e riduce le perdite anomale per correnti parassite. Pertanto, l'acciaio Hi-B ha un valore di perdite di ferro inferiore rispetto alla lamiera di acciaio al silicio a grani orientati convenzionale.

La lamiera di acciaio al silicio marcata al laser è realizzata in acciaio Hi-B e, grazie alla tecnologia di irradiazione laser, la superficie risulta leggermente deformata, l'asse magnetico viene ulteriormente affinato e si ottiene una minore perdita di ferro. Le lamiere di acciaio al silicio marcate al laser non possono essere ricotte, poiché l'effetto del trattamento laser svanirebbe con l'aumento della temperatura.

Solitamente si aggira intorno a 1,56 T, che è circa il 20% diverso dalla densità di flusso di saturazione della lamiera di acciaio al silicio convenzionale di 1,9 T, quindi anche la densità di flusso di progetto del trasformatore deve essere ridotta del 20%. La densità di flusso di progetto dei trasformatori ad olio in lega amorfa è solitamente inferiore a 1,35 T. La densità magnetica di progetto dei trasformatori a secco in lega cristallina è solitamente inferiore a 1,2 T.

2) Le strisce di nucleo in aggregato amorfo sono sensibili alle sollecitazioni. Dopo che le strisce di nucleo sono state sollecitate, le prestazioni a vuoto tendono a deteriorarsi. Pertanto, occorre prestare particolare attenzione alla struttura. Il nucleo deve essere sospeso sul telaio di supporto e sulla bobina. Deve sopportare il proprio peso e, allo stesso tempo, occorre prestare particolare attenzione durante il processo di assemblaggio affinché il nucleo di ferro non venga sollecitato e si debbano ridurre al minimo le percussioni e altri metodi.

3) La magnetostrizione è circa il 10% maggiore di quella delle lamiere di acciaio al silicio convenzionali, quindi il rumore è difficile da controllare, il che è anche uno dei motivi principali che limitano la diffusione dei trasformatori in lega amorfa. Il rumore del trasformatore impone requisiti più elevati, che sono suddivisi in aree sensibili e non sensibili, e i requisiti relativi al livello sonoro sono definiti in modo mirato, il che richiede un'ulteriore riduzione della densità magnetica nella progettazione del nucleo.

4) La striscia di lega amorfa è sottile, con uno spessore di soli 0,03 mm, quindi non può essere realizzata in forma di laminazione come una lamiera di acciaio al silicio convenzionale, ma può essere realizzata solo in un nucleo di ferro avvolto. Pertanto, la struttura del nucleo di ferro dei produttori di trasformatori convenzionali non può essere lavorata internamente. L'esternalizzazione, corrispondente alla sezione rettangolare della striscia del nucleo di ferro avvolto, fa sì che anche la bobina del trasformatore in lega amorfa sia solitamente realizzata in una struttura rettangolare;

5) Il grado di localizzazione non è sufficiente. Attualmente, si tratta principalmente di nastri in lega amorfa importati da Hitachi Metals, e la localizzazione si sta gradualmente realizzando. In Cina, Antai Technology e Qingdao Yunlu producono nastri in lega amorfa a banda larga (213 mm, 170 mm e 142 mm), ma sussiste ancora un certo divario tra le loro prestazioni e la stabilità dei nastri importati.

6) La lunghezza massima del nastro è limitata. Anche la lunghezza massima del nastro periferico esterno della lega amorfa nella fase iniziale è fortemente limitata a causa delle dimensioni del forno di ricottura. Tuttavia, questo problema è stato sostanzialmente risolto e attualmente è possibile produrre leghe amorfe con una lunghezza massima del nastro periferico di 10 m. Il telaio con nucleo in ferro può essere utilizzato per la produzione di scambiatori di calore a secco in lega amorfa fino a 3150 kVA e scambiatori di calore a olio in lega amorfa fino a 10000 kVA.

Grazie all'eccellente effetto di risparmio energetico dei trasformatori in lega amorfa, unitamente alla promozione del risparmio energetico nazionale e della riduzione delle emissioni e a una serie di politiche, la quota di mercato dei trasformatori in lega amorfa è in aumento. Considerando che il prezzo del nastro in lega amorfa (attualmente 26,5 yuan/kg) è circa il doppio di quello delle lamiere di acciaio al silicio convenzionali (30Q120 o 30Q130), e che la differenza con il rame è relativamente piccola, tenendo conto della qualità dei prodotti per la rete elettrica e dei requisiti di gara, i trasformatori in lega amorfa utilizzano solitamente conduttori in rame. Rispetto alle lamiere di acciaio al silicio convenzionali, le principali differenze di costo dei trasformatori in lega amorfa sono le seguenti:

1) A causa della struttura del nucleo avvolto, per il tipo di nucleo del trasformatore dovrebbe essere adottata la struttura trifase a cinque colonne, che può ridurre il peso del nucleo a telaio singolo e semplificare l'assemblaggio. La struttura trifase a cinque colonne e la struttura trifase a tre colonne presentano vantaggi e svantaggi specifici in termini di costi. Attualmente, la maggior parte dei produttori utilizza una struttura trifase a cinque colonne. Il nucleo di ferro a telaio singolo acquistato e il relativo assemblaggio sono illustrati nella Figura 2:

2) Poiché la sezione trasversale dello stelo è rettangolare, per mantenere costante la distanza di isolamento, anche le bobine ad alta e bassa tensione sono realizzate con una struttura rettangolare corrispondente.

1) Poiché la densità magnetica del nucleo è circa il 25% inferiore a quella dei trasformatori convenzionali in lamiera di acciaio al silicio e il coefficiente di laminazione del suo nucleo è circa 0,87, che è molto inferiore a quello dei trasformatori convenzionali in lamiera di acciaio al silicio pari a 0,97, la sua area della sezione trasversale di progetto deve essere maggiore di quella dei trasformatori convenzionali in lamiera di acciaio al silicio. Se è maggiore del 25%, anche il perimetro corrispondente degli avvolgimenti di alta e bassa tensione aumenterà di conseguenza. Allo stesso tempo, è anche necessario considerare l'aumento della lunghezza delle spire degli avvolgimenti di alta e bassa tensione. Per garantire che la perdita di carico dell'avvolgimento non cambi, l'area della sezione trasversale del filo deve essere Di conseguenza, il contenuto di rame dei trasformatori in lega amorfa è circa il 20% superiore a quello dei trasformatori convenzionali.

3. Materiali per circuiti

Panoramica

Il circuito interno del trasformatore è composto principalmente da avvolgimenti (noti anche come bobine). È collegato direttamente alla rete elettrica esterna ed è il componente principale del trasformatore. Il circuito interno del trasformatore è solitamente costituito da avvolgimenti di filo. I fili di rame e di alluminio, a seconda della forma della sezione trasversale, si distinguono in fili tondi, fili piatti (che possono essere ulteriormente suddivisi in fili singoli, fili combinati e fili trasposti), conduttori a lamina, ecc., che formano l'intera bobina. Pertanto, i principali materiali conduttori del circuito del trasformatore sono il rame e l'alluminio.

3.1 Confronto delle caratteristiche del rame e dell'alluminio

Sia il rame che l'alluminio sono materiali metallici con una buona conduttività elettrica e sono comunemente utilizzati come conduttori per la realizzazione di bobine di trasformatori. Le differenze nelle proprietà fisiche sono illustrate nella tabella seguente:

3.2 Confronto delle prestazioni dei fili di rame-alluminio negli avvolgimenti dei trasformatori

La differenza tra i trasformatori rame-alluminio è determinata anche dalla differenza dei materiali, che si manifesta nei seguenti aspetti:

1) La resistività dei conduttori in rame è solo circa il 60% di quella dei conduttori in alluminio. Per soddisfare gli stessi requisiti di perdita e aumento di temperatura, l'area della sezione trasversale dei conduttori in alluminio da utilizzare è superiore di oltre il 60% rispetto a quella dei conduttori in rame, quindi sono necessari la stessa capacità e gli stessi parametri. Il volume del trasformatore con conduttori in alluminio è solitamente maggiore di quello del trasformatore con conduttori in rame, ma in questo caso aumenta anche l'area di dissipazione del calore del trasformatore, quindi l'aumento di temperatura dell'olio è inferiore;

2) La densità dell'alluminio è solo circa il 30% di quella del rame, quindi i trasformatori di distribuzione con conduttori in alluminio sono più leggeri dei trasformatori di distribuzione con conduttori in rame;

3) Il punto di fusione del conduttore in alluminio è molto più basso di quello del conduttore in rame, quindi il limite di aumento della temperatura della corrente di cortocircuito è di 250 ℃, che è inferiore ai 350 ℃ del conduttore in rame. Di conseguenza, anche il volume è maggiore rispetto a quello del trasformatore con conduttore in rame;

4) La durezza del conduttore in alluminio è bassa, quindi le bave superficiali sono più facili da eliminare, pertanto, dopo la realizzazione del trasformatore, si riduce la probabilità di cortocircuiti tra spire o tra strati causati dalle bave;

5) A causa della bassa resistenza alla trazione e alla compressione dei conduttori in alluminio e della scarsa resistenza meccanica, i trasformatori con conduttori in alluminio non sono in grado di sopportare cortocircuiti con la stessa efficacia dei trasformatori con conduttori in rame. Il limite di sollecitazione del conduttore è di 1600 kg/cm² e la capacità portante è notevolmente migliorata;

6) Il processo di saldatura tra il conduttore in alluminio e quello in rame è di scarsa qualità e la qualità della saldatura del giunto non è facilmente garantita, il che influisce in una certa misura sull'affidabilità del conduttore in alluminio.

7) Il calore specifico del conduttore in alluminio è pari al 239% di quello del conduttore in rame, ma considerando la differenza di densità e di densità elettrica di progetto tra i due, la differenza effettiva della costante di tempo termica tra i due non è così grande come la differenza di calore specifico. La capacità di sovraccarico a breve termine dei trasformatori a secco ha un effetto minimo.

4. Materiale isolante

Panoramica

L'affidabilità e la durata di un trasformatore dipendono in larga misura dal materiale isolante utilizzato. I materiali isolanti, noti anche come dielettrici, sono sostanze con elevata resistività e bassa conduttività. I ​​materiali isolanti possono essere utilizzati per isolare conduttori carichi o a potenziali diversi, consentendo alla corrente di fluire in una determinata direzione. Nei trasformatori, i materiali isolanti svolgono anche le funzioni di dissipazione del calore, raffreddamento, supporto, fissaggio, estinzione dell'arco, miglioramento del gradiente di potenziale, resistenza all'umidità, resistenza alla muffa e protezione del conduttore. Sotto l'azione di una tensione continua, solo una corrente molto piccola scorre attraverso il materiale isolante. La sua resistività (riferita alla resistività volumetrica nell'aria) è relativamente elevata, generalmente compresa tra 10⁸ e 10²⁰ Ω·cm (la resistività del conduttore è compresa tra 10⁻⁶ e 10⁻³ Ω·cm, e quella del semiconduttore tra 10⁻³ e 10⁸ Ω·cm).

Il materiale isolante presenta un'elevata resistenza alla corrente continua (CC). Grazie alla sua alta resistività, sotto l'azione di una tensione continua, risulta praticamente non conduttivo, fatta eccezione per una piccolissima corrente di dispersione superficiale; al contrario, possiede capacità nei confronti della corrente alternata (CA). Anche la corrente elettrica è generalmente considerata non conduttiva. Maggiore è la resistività del materiale isolante, migliori sono le sue proprietà isolanti.

Nei trasformatori, i materiali isolanti vengono utilizzati per isolare le parti conduttive tra loro e la terra (potenziale zero). Quando vengono impiegati in vari supporti, devono inoltre possedere buone proprietà meccaniche. In aggiunta, i materiali isolanti svolgono anche altre funzioni, come il raffreddamento, il fissaggio, l'accumulo di energia, l'estinzione dell'arco elettrico, il miglioramento del gradiente di potenziale, la protezione dall'umidità e dalla muffa e la protezione dei conduttori.

In genere, i materiali isolanti si suddividono in tre categorie:

1) Materiali isolanti a gas: a temperatura e pressione normali, i gas secchi comuni hanno buone proprietà isolanti, come aria, azoto, idrogeno, anidride carbonica, esafluoruro di zolfo, ecc. Tra questi, l'aria e l'esafluoruro di zolfo sono ampiamente utilizzati nei trasformatori;

2) Materiale isolante liquido: Il materiale isolante liquido si presenta solitamente sotto forma di olio, noto anche come olio isolante. Ad esempio, oli minerali, oli vegetali, esteri sintetici, ecc.;

3) Materiali isolanti solidi: come vernici isolanti, colle isolanti, carta isolante, cartone isolante, cartone ondulato, plastiche e pellicole per applicazioni elettriche, laminati elettrici (barre, tubi), resina epossidica stampata a iniezione, porcellana per applicazioni elettriche, gomma, prodotti in mica, ecc.

4.1 Olio isolante

L'olio isolante è caratterizzato da elevata rigidità dielettrica, elevata resistenza ai fulmini, basso punto di congelamento, elevata temperatura di esercizio in presenza di ossigeno, resistenza alle alte temperature e ai forti campi elettrici, atossicità, non corrosività, bassa viscosità, buona fluidità e altre proprietà. È ampiamente utilizzato in prodotti elettrici come trasformatori, interruttori a olio, condensatori e cavi, e svolge funzioni di isolamento, raffreddamento, impregnazione e riempimento. Inoltre, contribuisce all'estinzione degli archi elettrici negli interruttori a olio e all'accumulo di energia nei condensatori.

L'olio isolante svolge contemporaneamente la duplice funzione di isolamento e raffreddamento nel trasformatore;

Attualmente gli oli isolanti sono generalmente suddivisi nelle seguenti categorie:

1) Olio minerale: come olio per trasformatori, olio per interruttori, olio per condensatori, olio per cavi;

2) Olio sintetico: come ad esempio dodecilbenzene, olio di silicone, estere sintetico, ecc.;

3) Olio vegetale;

4.2 Resina epossidica

La resina epossidica è un composto polimerico. La resina è caratterizzata da un materiale organico solido, semisolido o quasi solido con massa molecolare indeterminata (solitamente elevata), tendenza al flusso se sottoposta a sollecitazioni, intervallo di rammollimento o fusione e sezione trasversale solida che spesso presenta una forma a guscio. Possiede le seguenti caratteristiche di base:

1) La catena molecolare è molto lunga, ogni catena contiene centinaia o addirittura decine di migliaia di atomi, che sono legati covalentemente tra loro;

2) La lunga catena molecolare è composta dalla più piccola unità ripetitiva, ovvero l'anello di catena, e il numero di anelli di catena in una molecola è chiamato grado di polimerizzazione;

3) La forza intermolecolare totale delle macromolecole spesso supera la forza del legame chimico tra gli atomi nella molecola, cosicché i composti polimerici presentano una serie di caratteristiche: ad esempio, non si tratta di polimeri gassosi, il processo di dissoluzione del polimero è molto lento, ecc. Se vi è reticolazione tra le molecole, questa caratteristica è ancora più evidente.

La resina epossidica si riferisce a oligomeri contenenti gruppi funzionali epossidici. Le resine epossidiche iniziarono a comparire nel 1891. Dopo il 1947, molte aziende negli Stati Uniti e in Svizzera sintetizzarono con successo a livello industriale le resine epossidiche a base di bisfenolo A. Il mio paese iniziò la produzione nel 1956.

Le proprietà di isolamento elettrico dei materiali epossidici sono particolarmente eccezionali. In assenza di riempitivo, l'EB del prodotto indurito è superiore a 16 MV/m, la pV è superiore a 1011 Ω·m, l'εr è compreso tra 3 e 4 e il tanδ è circa 0,002 alla frequenza di rete. Pertanto, le resine con il 20% di ossigeno ad anello vengono utilizzate per l'isolamento elettrico ed elettronico, come ad esempio la vernice impregnante epossidica come vernice isolante di classe B, per l'impregnazione degli avvolgimenti dello statore di motori di piccole e medie dimensioni; la vernice epossidica senza solventi viene utilizzata per l'impregnazione sottovuoto degli avvolgimenti dello statore di motori di grandi dimensioni; i laminati (piastre, tubi, barre) vengono utilizzati come cunei e distanziatori per motori e aste di comando di interruttori ad alta tensione; gli adesivi vengono utilizzati per l'incollaggio di boccole in porcellana elettrica ad alta tensione; i materiali colabili vengono utilizzati per l'isolamento a disco in apparecchi elettrici combinati completamente chiusi con esafluoruro di zolfo (GIS). Componenti come isolanti, trasformatori e condensatori ceramici ad alta tensione. Attualmente, i marchi delle resine epossidiche o delle resine epossidiche modificate prodotte in Cina non sono ancora uniformi. Anche i nomi dei diversi produttori di resine epossidiche nel mondo sono differenti e devono essere identificati tramite il marchio commerciale.

Le resine epossidiche sono oligomeri e possono essere utilizzate solo dopo la polimerizzazione. L'agente indurente reagisce con la resina epossidica per reticolare le molecole di resina, trasformandole da una struttura lineare a una struttura di massa. I promotori/catalizzatori possono ridurre l'energia di attivazione della reazione e favorire/regolare il processo di gelificazione del materiale colabile. L'agente indurente utilizza l'idrogeno attivo in esso contenuto per effettuare una reazione di addizione con apertura dell'anello con il gruppo epossidico attivo nella resina, ottenendo così la polimerizzazione. L'idrogeno attivo presente nell'agente indurente o nell'accelerante può essere costituito da gruppi -NH2, -NH-, -COOH, -OH e -SH. Gli agenti indurenti comunemente utilizzati sono ammine e anidridi acide. Alcuni agenti indurenti richiedono acceleratori/catalizzatori, altri necessitano di alte temperature e altri ancora possono reagire violentemente a basse temperature. L'utilizzo di agenti indurenti diversi comporta anche notevoli differenze nelle proprietà dei prodotti polimerizzati, con un impatto significativo sulle caratteristiche finali del prodotto. Pertanto, è fondamentale progettare e selezionare con cura l'agente indurente nella formulazione della resina epossidica.

L'isolamento in resina epossidica, utilizzato nei trasformatori a secco, rappresenta una novità degli ultimi 40 anni. La durata di progetto dell'avvolgimento del trasformatore deve raggiungere i 30 anni e la resistenza al calore deve essere di classe F. I materiali comuni difficilmente riescono a soddisfare tali requisiti.

A tal fine, è necessario progettare, ottimizzare, testare e verificare i materiali utilizzati, i relativi sistemi di formulazione e i processi per ottenere l'effetto desiderato. Nel trasformatore a secco con isolamento in resina, il sistema di resina epossidica viene formato mediante colata o immersione e successivamente polimerizzato termicamente per formare l'isolamento della bobina (ovvero, l'isolamento longitudinale). Durante l'intero funzionamento del trasformatore a secco, l'isolamento in resina epossidica deve anche garantire l'isolamento elettrico e la resistenza meccanica della bobina, nonché dissipare il calore all'interno della bobina tramite conduzione termica.

Il suo punto debole principale è l'irreversibilità e l'irreparabilità dei difetti e dei danni all'isolamento in resina (generalmente difetti nel processo di produzione e danni durante il funzionamento). Pertanto, evitare la formazione di crepe nell'isolamento solido, i difetti di fusione e le scariche parziali è di fondamentale importanza e rappresenta un elemento chiave della tecnologia di produzione dell'isolamento solido, nonché un punto focale della competizione tra i produttori.

A causa dell'elevato aumento di temperatura causato dalle perdite durante il funzionamento del trasformatore, l'isolamento in resina opera a temperature elevate per lunghi periodi (come nel caso dei trasformatori di classe F, la cui temperatura massima di esercizio prevista è generalmente di circa 140 °C). Inoltre, il trasformatore può trovarsi ad alte temperature prima della messa in servizio e durante la manutenzione, oppure a basse temperature (come -30 °C), ed essere soggetto a forti scariche elettriche ad alta tensione dovute a fulmini o cortocircuiti. Gli avvolgimenti isolati in resina devono essere in grado di adattarsi a queste variazioni e di resistere a shock elettrodinamici da cortocircuito a temperature estreme, sia alte che basse. Pertanto, i sistemi di isolamento in resina epossidica sono soggetti a requisiti estremamente rigorosi in termini di proprietà termiche, meccaniche ed elettriche.

Attualmente esistono due tipi di sistemi di materiali isolanti per trasformatori in resina colata: uno è "resina pura colata + rinforzo in fibra di vetro ad alto tasso di riempimento" e l'altro è "resina in polvere di quarzo colata + rinforzo locale in rete di vetro preimpregnata".

Il sistema di isolamento (ovvero la struttura isolante convenzionale) copre un campo più ampio rispetto al sistema dei materiali isolanti. Si riferisce all'isolamento delle apparecchiature elettriche (o dei loro singoli componenti) nel loro complesso, includendo non solo i materiali isolanti e le loro combinazioni, ma anche l'isolamento e i conduttori. Ovvero, la relazione tra i magneti, la relazione con il campo elettrico, la relazione tra l'isolamento e l'ambiente circostante (gas o liquidi e le loro condizioni, contaminazione superficiale, condizioni di dissipazione del calore, forza meccanica o radiazione, ecc.), ecc., e la sua adattabilità ai parametri operativi del sistema di alimentazione. Il flusso d'aria e la dissipazione del calore nei trasformatori a secco, le sollecitazioni di isolamento, ecc., rientrano tutti nell'ambito del sistema di isolamento da considerare.

4.3 Carta isolante

La carta in fibra vegetale si divide in carta in fibra di legno, fibra di cotone e fibra di canapa, di cui la più comunemente utilizzata è la carta in fibra di pasta di legno di puro solfato. L'abete, il pino coreano e altri legni sono composti principalmente da cellulosa, un composto polimerico naturale. Il metodo di produzione della carta isolante adotta un metodo chimico, come il metodo al solfato. In questo metodo, il componente principale del liquido di cottura è il solfuro di sodio (Na2S). Il solfuro di sodio viene idrolizzato per generare acido solfidrico di sodio e idrossido di sodio. La cellulosa reagisce e si dissolve nella soluzione alcalina. Il liquido di cottura è relativamente blando, quindi il peso molecolare della cellulosa diminuisce molto poco. Le carte isolanti in cellulosa vegetale comunemente utilizzate nei trasformatori sono: carta per cavi di alimentazione, carta per cavi ad alta tensione e carta isolante tra le spire del trasformatore.

1) Carta per cavi: La carta per cavi è realizzata in pasta di cellulosa kraft, i gradi sono DL08, DL12, DL17, gli spessori sono rispettivamente 0,08 mm, 0,12 mm e 0,17 mm e viene fornita in rotoli. Dopo l'impregnazione con olio per trasformatori, la resistenza meccanica e la rigidità dielettrica della carta per cavi migliorano significativamente. Ad esempio, la rigidità dielettrica della carta per cavi di potenza in aria è di 6~9×10³ kV/m, e dopo l'essiccazione e l'immersione nell'olio per trasformatori, la rigidità dielettrica raggiunge 70~90×10³ kV/m. Ha una sufficiente stabilità termica ed è solitamente utilizzata come isolamento degli avvolgimenti e isolamento interstrato. La carta per cavi comprende anche carta per cavi ad alta tensione, carta per cavi a bassa tensione, carta per cavi ad alta densità e carta crespa isolante. La carta per cavi ad alta tensione è adatta per trasformatori da 110-330 kV e trasformatori con bassa tangente di perdita dielettrica; La carta per cavi a bassa tensione viene utilizzata per l'isolamento di cavi di alimentazione e trasformatori o altri prodotti elettrici fino a 35 kV; la carta crespa isolante è realizzata in carta isolante elettrica. È prodotta mediante un processo di grinze, e presenta delle pieghe lungo la sua direzione trasversale che si aprono quando viene allungata. Viene spesso utilizzata per avvolgere l'isolamento dei trasformatori immersi in olio, come l'avvolgimento isolante delle uscite delle bobine, dei conduttori e dei dispositivi di schermatura elettrostatica; la carta per cavi ad alta densità è anch'essa un tipo di carta crespa isolante, la cui rigidità dielettrica è superiore del 100-150% rispetto alla carta crespa comune, la resistenza meccanica è superiore del 50%, ha un'elevata rigidità dielettrica, una buona resistenza all'olio, una buona elasticità ed è facile da allungare. Può essere utilizzata come isolante per conduttori al posto del nastro verniciato e per l'isolamento di connessioni e curve di fili.

2) Carta telefonica: La carta telefonica è anch'essa realizzata con pasta di cellulosa al solfato, comunemente utilizzata nei cavi telefonici. Ha una scarsa resistenza meccanica e viene generalmente impiegata come isolamento per spire, isolamento per strati o isolamento di copertura dei conduttori.

3) Carta per condensatori: La carta per condensatori si divide in Classe A e Classe B a seconda dei requisiti di utilizzo. La carta per condensatori di Classe A è utilizzata per i condensatori con dielettrico a carta metallizzata nell'industria elettronica. La Classe B è utilizzata principalmente come dielettrico interpolare per i condensatori di potenza. La carta per condensatori è caratterizzata da elevata tenuta e spessore ridotto. Generalmente, viene spesso utilizzata nei trasformatori di corrente, mentre nei trasformatori di potenza è raramente impiegata.

4) Carta isolante in rotolo: La carta isolante in rotolo viene utilizzata come carta di supporto della carta di dimensionamento, e la carta di dimensionamento viene utilizzata per avvolgere il cilindro (tubo) isolante e il manicotto capacitivo, che è caratterizzato dal fatto che l'altezza di assorbimento d'acqua è maggiore della carta per cavi e inferiore alla carta impregnante. La carta incollata è divisa in incollata su un lato o su entrambi i lati (resina fenolica o epossidica), che viene polimerizzata a bassa temperatura. Quando la carta incollata viene utilizzata per realizzare un tubo di carta o pressare un laminato, la colla viene infine polimerizzata mediante riscaldamento e pressatura. Il rotolo è generalmente un nastro su un lato, mentre il nastro pressato è un nastro su entrambi i lati. Inoltre, esiste anche la carta incollata a rombi (carta incollata a rete), che viene utilizzata per l'isolamento interstrato delle bobine di avvolgimento di fogli immersi in olio. Dopo la polimerizzazione, garantisce l'adesione tra gli isolanti e tra l'isolamento e il foglio, migliorando la resistenza e la permeabilità all'olio.

La carta isolante convenzionale per trasformatori è utilizzata principalmente per la carta per cavi, la carta crespa e la carta per avvolgimenti romboidali, impiegate nei trasformatori come isolamento tra spire, isolamento tra strati, legatura dei conduttori, ecc. Solitamente, i prezzi dei vari tipi di carta isolante non differiscono significativamente. Il prezzo sarà di circa 20 yuan/kg.

4.4 Materiali compositi elettrici

Le pellicole sottili e i materiali compositi elettrici possiedono eccellenti proprietà dielettriche e appartengono alla categoria dei materiali isolanti a foglio sottile. Le pellicole elettriche includono pellicole di poliestere e di poliimmide, che possono essere utilizzate anche come isolanti per fili e come isolanti interstrato nei trasformatori. Il materiale composito elettrico è un prodotto composito costituito da un film di fibre legato su uno o entrambi i lati, che può essere utilizzato come isolante interstrato nei trasformatori, in particolare negli avvolgimenti a lamina trasformati a secco. Gli avvolgimenti a bassa tensione sono solitamente realizzati con materiali compositi. Dopo l'impregnazione con resina, viene utilizzato come isolante interstrato. Materiali compositi comunemente utilizzati sono DMD, GHG e altri.

Il nome completo di DMD è Polyester Film Polyester Fiber Non-woven Soft Composite Material, che si divide in DMD con resina preimpregnata e DMD senza resina preimpregnata. D) Il composito morbido a tre strati fabbricato. Il DMD possiede eccellenti proprietà di isolamento elettrico, resistenza al calore e resistenza meccanica, nonché eccellenti proprietà di impregnazione. Il DMD senza resina preimpregnata può essere utilizzato come isolante interstrato per trasformatori immersi in olio, mentre il DMD con resina preimpregnata può essere utilizzato come isolante interstrato per avvolgimenti a lamina a bassa tensione nei trasformatori a secco di classe F. I suoi specifici indicatori di prestazione sono mostrati nella tabella seguente:

Il nome completo di GHG è materiale composito morbido in fibra di vetro con resina di grado H preimpregnata con film di poliimmide. Si tratta di un materiale composito morbido a tre strati costituito da tessuto in fibra di vetro (G) incollato su entrambi i lati di un film di poliimmide (H). Rispetto al DMD, presenta una migliore resistenza al calore e può essere utilizzato come isolamento interstrato per gli avvolgimenti a lamina a bassa tensione dei trasformatori a secco di classe H.

Il nome completo di NHN è "materiale composito morbido in carta di fibre di poliimmide e fibra di poliaramide". NHN è attualmente il materiale isolante a strato sottile di qualità più elevata, con eccellente resistenza al calore, buone proprietà dielettriche, basso assorbimento d'acqua ed eccellente resistenza all'umidità. Appartiene alla classe H dei materiali isolanti e può essere utilizzato per l'isolamento interstrato dei trasformatori a secco di classe H. I suoi parametri prestazionali specifici sono riportati nella tabella seguente:

4.5 Cartone isolante

Il cartone isolante è realizzato con pura pasta di legno kraft e può essere utilizzato per distanziatori per intercapedini d'olio, supporti per intercapedini d'olio, separatori, tubi di cartone, carta ondulata, isolamento di gioghi in ferro, isolamento di clip e piastre di pressione per avvolgimenti terminali per avvolgimenti a torta, ecc. Il suo spessore comune è 1,0 mm, 1,5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 6 mm. Il cartone isolante è suddiviso in cartone a bassa densità, cartone a media densità e cartone ad alta densità in base alla densità. La carta a bassa densità è solitamente chiamata cartone morbido T3, la densità è compresa tra 0,75 g/cm³ e 0,9 g/cm³, la resistenza è bassa e viene spesso utilizzata per parti piegate o per realizzare parti estensibili dopo l'inumidimento, come la formazione di anelli angolari, parti anulari e tubi di carta morbida. Il cartone a bassa densità ha un alto tasso di assorbimento d'olio, una buona formabilità, ma scarse proprietà meccaniche; Il cartone a media densità è solitamente chiamato cartone T1, con una densità compresa tra 0,95 g/cm³ e 1,15 g/cm³, e viene utilizzato come cuscinetto di supporto, ecc.; il cartone ad alta densità è solitamente chiamato cartone T4, con una densità da 1,15 g/cm³ a ​​1,3 g/cm³, e viene utilizzato come tubo di cartone isolante, piastra di pressione isolante e anello terminale. Nella struttura distanziatrice del pannello oleato composta da tubi di carta multistrato per bobine ad alta tensione, il cartone ondulato può essere utilizzato anche al posto dei montanti di cartone per formare gli intercapedini d'olio, il che consente di risparmiare materiale garantendo al contempo le prestazioni di isolamento.

4.6 Pellicola di polipropilene

Il film di polipropilene è realizzato in resina di polipropilene (PP) estrusa in un foglio spesso e stirato in una direzione. 0,92 g/cm³. 2) Ha buone proprietà elettriche e stabilità chimica, il coefficiente dielettrico relativo è da 2 a 2,2 e la pressione di rottura è maggiore di 150 MV/m; 3) Ha buone proprietà meccaniche e la sua resistenza alla trazione è maggiore di 100 MPa; 4) Può essere utilizzato a lungo a 125 ℃ e appartiene all'isolamento di classe E; 5) Ha idrofobicità e una forte capacità anti-assorbimento d'acqua e può essere utilizzato per l'isolamento dei fili dei trasformatori immersi in olio.

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