Po przeczytaniu tego tekstu będziesz miał/a pełną wiedzę na temat materiału i konstrukcji korpusu transformatora

Główne materiały korpusu transformatora obejmują materiały obwodów magnetycznych, materiały obwodów, materiały izolacyjne, materiały konstrukcyjne itp. Konkretne zastosowania i kategorie materiałów to:

1. Blacha ze stali krzemowej

W transformatorach wymagania dotyczące parametrów stali krzemowej są następujące:

①Niska strata żelaza, która jest najważniejszym wskaźnikiem jakości blach ze stali krzemowej. Wszystkie kraje dzielą gatunki według wartości strat żelaza. Im niższa strata żelaza, tym wyższa klasa.

②W silnym polu magnetycznym intensywność indukcji magnetycznej (indukcja magnetyczna) jest wysoka, co zmniejsza objętość i wagę rdzenia żelaznego silnika i transformatora oraz pozwala zaoszczędzić arkusze stali krzemowej, przewody miedziane i materiały izolacyjne.

③Powierzchnia jest gładka, płaska i ma jednolitą grubość, co poprawia współczynnik wypełnienia rdzenia żelaznego.

④Wykazuje dobrą podatność na dziurkowanie i jest łatwy w obróbce.

⑤ Dobra przyczepność i spawalność powierzchniowej folii izolacyjnej zapobiega korozji i poprawia właściwości dziurkowania.

⑥ Zasadniczo nie występuje starzenie magnetyczne.

Klasyfikacja i definicja gatunku blachy ze stali krzemowej

Transformatory zwykle używają zimnowalcowanych blach ze stali krzemowej o zorientowanym ziarnie, aby zapewnić ich poziom sprawności energetycznej bez obciążenia. Zimnowalcowane blachy ze stali krzemowej o zorientowanym ziarnie można podzielić na zwykłe zimnowalcowane blachy ze stali krzemowej o zorientowanym ziarnie, blachy ze stali krzemowej o wysokiej przenikalności magnetycznej (lub blachy ze stali krzemowej o wysokiej indukcji magnetycznej) oraz blachy ze stali krzemowej z nacinaniem laserowym według właściwości i metod przetwarzania. Zwykle pod zmiennym polem magnetycznym (wartość szczytowa) 50 Hz i 800 A, blacha ze stali krzemowej o minimalnej polaryzacji magnetycznej B800A = 1,78 T ～ 1,85 T uzyskanej przez rdzeń żelazny jest nazywana zwykłą blachą ze stali krzemowej, oznaczaną jako "CGO", i B800A = 1,85 T lub więcej Główną różnicą między stalą Hi-B a konwencjonalną stalą krzemową jest: tekstura o orientacji Gaussa stali Hi-B Stopień stali krzemowej jest bardzo wysoki, to znaczy, wyrównanie ziaren stali krzemowej w kierunku łatwego namagnesowania jest bardzo wysokie. W przemyśle, proces rekrystalizacji wtórnej jest stosowany do produkcji blach ze stali krzemowej o zawartości krzemu 3%. Orientacja ziarna stali Hi-B jest bardzo wysoka. Średnie odchylenie od kierunku walcowania wynosi 3°, podczas gdy w przypadku zwykłej blachy ze stali krzemowej wynosi 7°, dzięki czemu stal Hi-B ma wyższą przenikalność magnetyczną, zwykle jej B800A może osiągnąć ponad 1,88T, co poprawia teksturę orientacji Gaussa, a przenikalność magnetyczna zmniejsza straty żelaza. Inną cechą stali Hi-B jest to, że sprężyste naprężenie folii szklanej i powłoki izolacyjnej przymocowanej do powierzchni blachy stalowej wynosi 3~5N/mm2, co jest lepsze niż 1~2N/mm2 zwykłej zorientowanej blachy ze stali krzemowej. Warstwa o wysokim naprężeniu zmniejsza szerokość domen magnetycznych i zmniejsza nienormalne straty prądów wirowych. Dlatego stal Hi-B ma niższą wartość strat żelaza niż konwencjonalna blacha ze stali krzemowej o zorientowanym ziarnie.

Blacha ze stali krzemowej znakowana laserowo jest oparta na stali Hi-B. Dzięki technologii napromieniowania wiązką laserową powierzchnia jest lekko odkształcana, oś magnetyczna jest dodatkowo uszlachetniana, co pozwala na osiągnięcie mniejszych strat żelaza. Blachy ze stali krzemowej znakowane laserowo nie mogą być wyżarzane, ponieważ efekt obróbki laserowej zanika wraz ze wzrostem temperatury.

Zazwyczaj wynosi ona około 1,56 T, co stanowi różnicę o około 20% w stosunku do gęstości strumienia nasycenia konwencjonalnej blachy krzemowej o gęstości 1,9 T, dlatego projektowa gęstość strumienia transformatora również musi zostać zmniejszona o 20%. Projektowa gęstość strumienia transformatorów olejowych ze stopów amorficznych wynosi zazwyczaj poniżej 1,35 T. Projektowa gęstość magnetyczna suchej wymiany stopów krystalicznych wynosi zazwyczaj poniżej 1,2 T.

2) Paski rdzeniowe z kruszywa amorficznego są wrażliwe na naprężenia. Po ich naprężeniu, parametry biegu jałowego łatwo ulegają pogorszeniu. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na konstrukcję. Rdzeń powinien być zawieszony na ramie wsporczej i cewce. Musi on przenosić swój ciężar, a jednocześnie należy zachować szczególną ostrożność podczas montażu, aby rdzeń żelazny nie był naprężony, a także ograniczyć stosowanie uderzeń i innych metod.

3) Magnetostrykcja jest o około 10% większa niż w przypadku konwencjonalnych blach krzemowych, co utrudnia kontrolę hałasu, co jest również jednym z głównych powodów ograniczających powszechną promocję transformatorów ze stopów amorficznych. Hałas transformatora stawia wyższe wymagania, podzielone na obszary wrażliwe i niewrażliwe, a wymagania dotyczące poziomu hałasu są ustalane w sposób ukierunkowany, co wymaga dalszej redukcji gęstości magnetycznej rdzenia.

4) Taśma ze stopu amorficznego jest cienka, o grubości zaledwie 0,03 mm, dlatego nie można jej formować w formę laminatu, jak konwencjonalnej blachy ze stali krzemowej, lecz można ją formować jedynie w zwinięty rdzeń żelazny. Z tego powodu struktura rdzenia żelaznego konwencjonalnych producentów transformatorów nie może być przetwarzana samodzielnie. Zlecając na zewnątrz, cewka transformatora ze stopu amorficznego, odpowiadająca prostokątnemu przekrojowi taśmy zwiniętego rdzenia żelaznego, jest zazwyczaj również formowana w strukturę prostokątną;

5) Stopień lokalizacji jest niewystarczający. Obecnie importowane są głównie taśmy ze stopów amorficznych od Hitachi Metals, a lokalizacja jest stopniowo realizowana. W Chinach Antai Technology i Qingdao Yunlu posiadają szerokopasmowe taśmy ze stopów amorficznych (213 mm, 170 mm i 142 mm), a mimo to istnieje pewna różnica między ich wydajnością a stabilnością taśm importowanych.

6) Maksymalna długość taśmy jest ograniczona. Maksymalna długość taśmy ze stopu amorficznego na wczesnym etapie jest również znacznie ograniczona ze względu na ograniczenia rozmiaru pieca do wyżarzania. Jednakże problem ten został już w zasadzie rozwiązany i możliwe jest wytwarzanie stopów amorficznych o maksymalnej długości taśmy na obwodzie wynoszącej 10 m. Rama z rdzeniem żeliwnym może być używana do produkcji stopów amorficznych o mocy 3150 kVA i mniejszej z wymianą na sucho oraz stopów amorficznych o mocy 10000 kVA i mniejszej z wymianą oleju.

Dzięki doskonałym właściwościom energooszczędnym transformatorów ze stopów amorficznych, w połączeniu z promocją krajowego oszczędzania energii i redukcji emisji oraz szeregiem polityk, udział transformatorów ze stopów amorficznych w rynku rośnie. Biorąc pod uwagę cenę taśmy ze stopu amorficznego (obecnie 26,5 juanów/kg), jest ona około dwukrotnie wyższa niż cena konwencjonalnych blach ze stali krzemowej (30Q120 lub 30Q130), a różnica w stosunku do miedzi jest stosunkowo niewielka. Biorąc pod uwagę jakość produktów sieci energetycznych i wymagania przetargowe, transformatory ze stopów amorficznych zazwyczaj wykorzystują przewodniki miedziane. W porównaniu z konwencjonalnymi blachami ze stali krzemowej, główne różnice w kosztach transformatorów ze stopów amorficznych przedstawiają się następująco:

1) Ze względu na konstrukcję rdzenia nawiniętego, w przypadku rdzenia transformatora należy zastosować konstrukcję trójfazową z pięcioma kolumnami, co pozwoli zmniejszyć masę rdzenia jednoramowego i uprościć montaż. Konstrukcja trójfazowa z pięcioma kolumnami i konstrukcja trójfazowa z trzema kolumnami mają swoje zalety i wady pod względem kosztów. Obecnie większość producentów stosuje konstrukcję trójfazową z pięcioma kolumnami. Zakupiony rdzeń żeliwny z jedną ramą i jego montaż przedstawiono na rysunku 2:

2) Ponieważ przekrój poprzeczny trzonu jest prostokątny, w celu zachowania stałej odległości izolacyjnej cewki wysokiego i niskiego napięcia również wykonano w odpowiedniej prostokątnej strukturze.

1) Ponieważ gęstość magnetyczna rdzenia jest o około 25% niższa niż w przypadku konwencjonalnych transformatorów z blachy krzemowej, a współczynnik rozwarstwienia rdzenia wynosi około 0,87, co jest wartością znacznie niższą niż w przypadku konwencjonalnych transformatorów z blachy krzemowej wynoszącą 0,97, jego projektowany przekrój poprzeczny musi być większy niż w przypadku konwencjonalnych transformatorów z blachy krzemowej. Jeśli jest on większy niż 25%, odpowiadający mu obwód cewek wysokiego i niskiego napięcia również odpowiednio wzrośnie. Jednocześnie należy również uwzględnić wzrost długości zwojów cewek wysokiego i niskiego napięcia. Aby zapewnić niezmienność strat obciążenia cewki, przekrój poprzeczny drutu musi być Odpowiednio, zawartość miedzi w transformatorach ze stopów amorficznych jest o około 20% wyższa niż w transformatorach konwencjonalnych.

3. Materiały obwodowe

Przegląd

Obwód wewnętrzny transformatora składa się głównie z uzwojeń (zwanych również cewkami). Jest on bezpośrednio podłączony do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej i stanowi rdzeń transformatora. Obwód wewnętrzny transformatora zazwyczaj składa się z uzwojeń drutowych. Przewody miedziane i aluminiowe dzielą się na przewody okrągłe, płaskie (które można dodatkowo podzielić na przewody pojedyncze, łączone i transponowane), przewodniki foliowe itp., w zależności od kształtu przekroju poprzecznego. Warstwy te tworzą ostatecznie cewkę. Dlatego głównymi materiałami przewodzącymi w obwodzie transformatora są miedź i aluminium.

3.1 Porównanie właściwości miedzi i aluminium

Zarówno miedź, jak i aluminium to materiały metalowe o dobrej przewodności elektrycznej, powszechnie stosowane do produkcji cewek transformatorowych. Różnice we właściwościach fizycznych przedstawiono w poniższej tabeli:

3.2 Porównanie wydajności przewodów miedziano-aluminiowych w uzwojeniach transformatorów

Różnica między transformatorami miedziano-aluminiowymi wynika również z różnicy materiałów, co przejawia się w następujących aspektach:

1) Rezystywność przewodów miedzianych wynosi zaledwie około 60% rezystywności przewodów aluminiowych. Aby spełnić te same wymagania dotyczące strat mocy i wzrostu temperatury, przekrój przewodów aluminiowych jest o ponad 60% większy niż przewodów miedzianych, co oznacza, że ​​wymagana jest ta sama pojemność i te same parametry. Objętość transformatora z przewodem aluminiowym jest zazwyczaj większa niż transformatora z przewodem miedzianym, ale jednocześnie zwiększa się powierzchnia rozpraszania ciepła, co powoduje niższy wzrost temperatury oleju.

2) Gęstość aluminium stanowi tylko około 30% gęstości miedzi, dlatego transformatory rozdzielcze z przewodami aluminiowymi są lżejsze od transformatorów rozdzielczych z przewodami miedzianymi;

3) Temperatura topnienia przewodnika aluminiowego jest znacznie niższa niż przewodnika miedzianego, dlatego granica wzrostu temperatury prądu zwarciowego wynosi 250°C, czyli mniej niż 350°C w przypadku przewodnika miedzianego. Z uwagi na dużą objętość, transformator z przewodnikiem miedzianym ma również większą objętość.

4) Twardość przewodnika aluminiowego jest niska, dzięki czemu łatwiej jest wyeliminować zadziory powierzchniowe, co po wykonaniu transformatora zmniejsza prawdopodobieństwo zwarcia międzyzwojowego lub międzywarstwowego spowodowanego zadziorami;

5) Ze względu na niską wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie przewodów aluminiowych oraz słabą wytrzymałość mechaniczną, transformatory z przewodami aluminiowymi nie są tak odporne na zwarcia jak transformatory z przewodami miedzianymi. Granica naprężenia przewodu wynosi 1600 kg/cm², a jego nośność jest znacznie zwiększona.

6) Proces spawania pomiędzy przewodnikiem aluminiowym i przewodnikiem miedzianym jest słaby, a jakość spawania połączenia nie jest łatwa do zagwarantowania, co w pewnym stopniu wpływa na niezawodność przewodnika aluminiowego.

7) Ciepło właściwe przewodnika aluminiowego wynosi 239% ciepła właściwego przewodnika miedzianego, ale biorąc pod uwagę różnicę w gęstości i projektowej gęstości elektrycznej między nimi, rzeczywista różnica stałej czasowej cieplnej między nimi nie jest tak duża, jak różnica ciepła właściwego. Krótkotrwała przeciążalność transformatorów suchych ma niewielki wpływ.

4. Materiał izolacyjny

Przegląd

Niezawodność i żywotność transformatora zależą jednak w dużej mierze od zastosowanego materiału izolacyjnego. Materiały izolacyjne, znane również jako dielektryki, to substancje o wysokiej rezystywności i niskiej przewodności. Materiały izolacyjne mogą być stosowane do izolowania przewodników naładowanych lub o różnym potencjale, umożliwiając przepływ prądu w określonym kierunku. W transformatorach materiały izolacyjne pełnią również rolę rozpraszania ciepła, chłodzenia, podtrzymywania, mocowania, gaszenia łuku elektrycznego, poprawy gradientu potencjału, odporności na wilgoć, pleśni i ochrony przewodnika. Pod działaniem napięcia stałego przez materiał izolacyjny przepływa jedynie bardzo mały prąd. Jego rezystywność (odnosząca się do rezystywności skrośnej w powietrzu) ​​jest stosunkowo wysoka i wynosi zazwyczaj 108~1020Ω·cm (rezystywność przewodnika wynosi 10-6~10-3Ω·cm, a rezystywność półprzewodnika 10-3~108Ω·cm).

Materiał izolacyjny charakteryzuje się bardzo dużą rezystancją dla prądu stałego. Ze względu na wysoką rezystywność, pod wpływem napięcia stałego jest praktycznie nieprzewodzący, z wyjątkiem bardzo małego prądu upływu powierzchniowego; natomiast wykazuje pojemność dla prądu przemiennego. Prąd elektryczny jest również powszechnie uważany za nieprzewodzący. Im wyższa rezystywność materiału izolacyjnego, tym lepsze są jego właściwości izolacyjne.

Materiały izolacyjne są stosowane w transformatorach w celu odizolowania części przewodzących od siebie i uziemienia (potencjał zerowy). Stosowane w różnych konstrukcjach, powinny również charakteryzować się dobrymi właściwościami mechanicznymi. Ponadto materiały izolacyjne pełnią również inne funkcje, takie jak chłodzenie, mocowanie, magazynowanie energii, gaszenie łuku elektrycznego, poprawa gradientu potencjału, ochrona przed wilgocią, pleśnią oraz ochrona przewodów.

Materiały izolacyjne można podzielić na trzy kategorie:

1) Materiały izolacyjne gazowe: W normalnych warunkach temperatury i ciśnienia dobre właściwości izolacyjne mają suche gazy, takie jak powietrze, azot, wodór, dwutlenek węgla, sześciofluorek siarki itp. Spośród nich powietrze i sześciofluorek siarki są szeroko stosowane w transformatorach;

2) Ciekły materiał izolacyjny: Ciekły materiał izolacyjny występuje zazwyczaj w postaci oleju, znanego również jako olej izolacyjny. Należą do nich oleje mineralne, oleje roślinne, estry syntetyczne itp.

3) Stałe materiały izolacyjne, takie jak: farba izolacyjna, klej izolacyjny, papier izolacyjny, tektura izolacyjna, tektura falista, tworzywa sztuczne i folie elektrotechniczne, laminaty elektrotechniczne (pręty, rury), żywica epoksydowa odlewana, porcelana elektrotechniczna, guma, produkty mikowe itp.

4.1 Olej izolacyjny

Olej izolacyjny charakteryzuje się wysoką wytrzymałością elektryczną, wysoką odpornością na wyładowania atmosferyczne, niską temperaturą krzepnięcia, odpornością na działanie tlenu, wysoką temperaturą i silnym polem elektrycznym, jest nietoksyczny, niekorozyjny, ma niską lepkość, dobrą płynność itd. Jest szeroko stosowany w produktach elektrycznych, takich jak transformatory, wyłączniki olejowe, kondensatory i kable, pełniąc funkcję izolacji, chłodzenia, impregnacji i wypełniania. Ponadto pełni również funkcję gaszenia łuku elektrycznego w wyłącznikach olejowych i magazynowania energii w kondensatorach.

Olej izolacyjny pełni w transformatorze podwójną rolę: izolacyjną i chłodzącą;

Oleje izolacyjne dzieli się obecnie na następujące kategorie:

1) Olej mineralny: taki jak olej transformatorowy, olej przełącznikowy, olej kondensatorowy, olej kablowy;

2) Olej syntetyczny: taki jak dodecylobenzen, olej silikonowy, ester syntetyczny itp.;

3) Olej roślinny;

4.2 Żywica epoksydowa

Żywica epoksydowa to związek polimerowy. Żywica charakteryzuje się stałym, półstałym lub quasi-stałym materiałem organicznym o nieokreślonej (zwykle wysokiej) masie cząsteczkowej, skłonności do płynięcia pod wpływem naprężenia, zazwyczaj w zakresie mięknienia lub topnienia oraz stałym przekroju poprzecznym, który często ma kształt muszli. Ma następujące podstawowe cechy:

1) Łańcuch cząsteczkowy jest bardzo długi, każdy łańcuch zawiera setki, a nawet dziesiątki tysięcy atomów, które są ze sobą połączone wiązaniami kowalencyjnymi;

2) Długi łańcuch cząsteczkowy składa się z najmniejszej powtarzalnej jednostki, czyli ogniwa łańcucha, a liczba ogniw łańcucha w cząsteczce nazywana jest stopniem polimeryzacji;

3) Całkowita siła międzycząsteczkowa makrocząsteczek często przewyższa siłę wiązań chemicznych między atomami w cząsteczce, co sprawia, że ​​związki polimerowe mają szereg cech: na przykład nie występują w postaci gazowej, proces rozpuszczania polimeru jest bardzo powolny itd. Jeśli między cząsteczkami występuje usieciowanie, ta cecha staje się jeszcze bardziej charakterystyczna.

Żywica epoksydowa to oligomer zawierający epoksydowe grupy funkcyjne. Żywice epoksydowe pojawiły się w 1891 roku. Po 1947 roku wiele firm w Stanach Zjednoczonych i Szwajcarii z powodzeniem zsyntetyzowało żywice epoksydowe z bisfenolem A na skalę przemysłową. W moim kraju produkcja rozpoczęła się w 1956 roku.

Właściwości izolacyjne materiałów epoksydowych są szczególnie wyjątkowe. Bez dodatku wypełniacza, EB utwardzonego produktu jest wyższe niż 16 MV/m, pV jest wyższe niż 1011 Ω·m, εr wynosi od 3 do 4, a tanδ wynosi około 0,002 poniżej częstotliwości sieciowej. Dlatego żywice tlenowe pierścieniowe 20% są stosowane do izolacji elektrycznej i elektronicznej, takie jak impregnująca farba epoksydowa jako farba izolacyjna klasy B, impregnująca uzwojenia stojana małych i średnich silników; bezrozpuszczalnikowa farba epoksydowa jest stosowana do próżniowej impregnacji uzwojeń stojana dużych silników; laminaty (płyty, rury, pręty) są stosowane jako kliny szczelinowe i przekładki silników, pręty napędowe przełączników wysokiego napięcia; kleje są stosowane do łączenia przepustów porcelanowych wysokiego napięcia; materiały odlewane są stosowane do izolacji tarcz w całkowicie zamkniętych urządzeniach elektrycznych (GIS) z sześciofluorkiem siarki. Komponenty takie jak izolatory, transformatory i wysokonapięciowe kondensatory ceramiczne. Obecnie nazwy marek żywic epoksydowych lub modyfikowanych żywic epoksydowych produkowanych w Chinach nadal nie są jednolite. Nazwy różnych producentów żywic epoksydowych na świecie również różnią się i muszą być identyfikowane znakiem towarowym.

Żywice epoksydowe to po prostu oligomery i mogą być stosowane dopiero po utwardzeniu. Utwardzacz może reagować z żywicą epoksydową, sieciując cząsteczki żywicy ze struktury liniowej w strukturę objętościową. Promotory/katalizatory mogą obniżyć energię aktywacji reakcji i promować/regulować proces żelowania odlewu. Utwardzacz wykorzystuje zawarty w nim aktywny wodór do przeprowadzenia reakcji addycji z otwarciem pierścienia z aktywną grupą epoksydową w żywicy, co prowadzi do utwardzenia. Aktywny wodór w utwardzaczu lub przyspieszaczu to -NH2, -NH-, -COOH, -OH i -SH. Powszechnie stosowanymi utwardzaczami są aminy i bezwodniki kwasowe. Niektóre utwardzacze wymagają przyspieszaczy/katalizatorów, inne wymagają wysokiej temperatury, a niektóre mogą gwałtownie reagować w niskich temperaturach. Różne utwardzacze prowadzą również do znacznych różnic we właściwościach utwardzonych produktów, co ma istotny wpływ na końcowe właściwości produktu. Dlatego też w systemach formulacji żywicy epoksydowej niezwykle istotne jest odpowiednie zaprojektowanie i dobranie utwardzacza.

Izolacja epoksydowa jest stosowana w transformatorach suchych i jest nowym rozwiązaniem w ciągu ostatnich 40 lat. Wymagana żywotność cewki transformatora wynosi 30 lat, a klasa odporności cieplnej musi osiągnąć klasę F. Materiały powszechnego użytku mają trudności ze spełnieniem tych wymagań.

W tym celu konieczne jest zaprojektowanie, optymalizacja, przetestowanie i zweryfikowanie użytych materiałów oraz ich systemów i procesów formulacyjnych, aby uzyskać pożądany efekt. W transformatorze suchym z izolacją żywiczną, żywica epoksydowa jest formowana metodą odlewania lub zanurzania, a następnie utwardzana termicznie w celu utworzenia izolacji cewki (tj. izolacji wzdłużnej). Podczas całego okresu eksploatacji transformatora suchego, izolacja z żywicy epoksydowej musi również zapewniać izolację elektryczną cewki i wytrzymałość mechaniczną oraz odprowadzać ciepło wewnątrz cewki poprzez przewodzenie cieplne.

Jego największą słabością jest nieodwracalność i niemożność naprawy defektów i uszkodzeń izolacji żywicznej (zazwyczaj defektów w procesie produkcyjnym i uszkodzeń w procesie eksploatacji). Dlatego unikanie pękania izolacji stałej, wad odlewniczych i wyładowań niezupełnych (tzn. wyładowań niezupełnych) jest szczególnie ważne i stanowi klucz do technologii produkcji izolacji stałej, a także przedmiot rywalizacji między producentami.

Ze względu na wysoki wzrost temperatury spowodowany stratami podczas pracy transformatora, izolacja żywiczna pracuje w wysokiej temperaturze przez długi czas (jak w transformatorach klasy F, maksymalna projektowana temperatura pracy wynosi zazwyczaj około 140°C), a transformator może być narażony na wysoką temperaturę przed uruchomieniem i podczas konserwacji. Niska temperatura (na przykład -30°C) sprawia, że ​​transformator jest narażony na silne porażenie prądem elektrycznym, takie jak wyładowanie piorunowe, porażenie wysokim napięciem lub zwarcie. Cewki izolowane żywicą powinny być w stanie dostosować się do tych zmian i być w stanie wytrzymać lub wytrzymać udary elektrodynamiczne zwarciowe w ekstremalnie wysokich i niskich temperaturach. Dlatego też stawiane są niezwykle rygorystyczne wymagania dotyczące właściwości termicznych, mechanicznych i elektrycznych systemów izolacji epoksydowej.

Obecnie istnieją dwa rodzaje systemów materiałów izolacyjnych dla transformatorów odlewanych żywicznie. Pierwszy to „odlew z czystej żywicy + wzmocnienie z włókna szklanego o wysokim stopniu wypełnienia”, a drugi to „odlew z proszku kwarcowego z żywicy + lokalne wzmocnienie z siatki szklanej prepreg”.

System izolacji (tj. konwencjonalna struktura izolacji) obejmuje szerszy obszar niż system materiałów izolacyjnych. Odnosi się do izolacji urządzeń elektrycznych (lub ich niezależnych komponentów) jako całości, w tym nie tylko materiałów izolacyjnych i ich kombinacji, ale także izolacji i przewodników. Lub relacji między magnesami, relacji z polem elektrycznym, relacji między izolacją a otaczającym środowiskiem (gazem lub cieczą i ich warunkami, zanieczyszczeniem powierzchni, warunkami rozpraszania ciepła, siłą mechaniczną lub promieniowaniem itp.) itp. oraz jej zdolnością do adaptacji do parametrów pracy systemu elektroenergetycznego. To izolacja. Przepływ powietrza i rozpraszanie ciepła w transformatorze suchym, naprężenie izolacji itp. - wszystkie te czynniki mieszczą się w zakresie rozważanego systemu izolacji.

4.3 Papier izolacyjny

Papier z włókien roślinnych dzieli się na włókno drzewne, włókno bawełniane i włókno konopne, z których najczęściej używany jest czysty siarczanowy papier z pulpy drzewnej. Jodła, sosna koreańska i inne gatunki drewna składają się głównie z celulozy, która jest naturalnym związkiem polimerowym. Metoda produkcji papieru izolacyjnego przyjmuje metodę chemiczną, taką jak metoda siarczanowa. W tej metodzie głównym składnikiem płynu do gotowania jest siarczek sodu (Na2S). Siarczek sodu jest hydrolizowany do wytworzenia wodorosiarczku sodu i wodorotlenku sodu. Celuloza reaguje i rozpuszcza się w ługu. Płyn do gotowania jest stosunkowo łagodny, więc masa cząsteczkowa celulozy zmniejsza się w niewielkim stopniu. Powszechnie stosowanymi papierami izolacyjnymi z celulozy roślinnej w transformatorach są: papier do kabli energetycznych, papier do kabli wysokiego napięcia i papier izolacyjny międzyzwojowy transformatora.

1) Papier kablowy: Papier kablowy jest wykonany z masy papierniczej typu kraft, gatunki to DL08, DL12, DL17, grubości wynoszą odpowiednio 0,08 mm, 0,12 mm i 0,17 mm, i jest dostarczany w rolkach. Po zaimpregnowaniu papieru kablowego olejem transformatorowym jego wytrzymałość mechaniczna i wytrzymałość elektryczna zostaną znacznie poprawione. Na przykład, wytrzymałość elektryczna papieru kabla energetycznego w powietrzu wynosi 6~9×103 kV/m, a po wysuszeniu i zanurzeniu w oleju transformatorowym, wytrzymałość elektryczna osiąga 70~90×103 kV/m. Ma wystarczającą stabilność termiczną i jest zwykle stosowany jako izolacja uzwojeń i izolacja międzywarstwowa. Papier kablowy obejmuje również papier kablowy wysokiego napięcia, papier kablowy niskiego napięcia, papier kablowy o wysokiej gęstości i izolacyjny papier krepowy. Papier kablowy wysokiego napięcia nadaje się do transformatorów i transformatorów 110-330 kV, z niskim tangensem strat dielektrycznych; papier kablowy niskiego napięcia jest używany do izolacji kabli energetycznych i transformatorów lub innych produktów elektrycznych o napięciu 35 kV i niższym; izolacyjny papier krepowy jest wykonany z papieru elektroizolacyjnego. Jest on wykonany w procesie marszczenia, a wzdłuż jego poprzecznego kierunku znajdują się zmarszczki, które są rozciągane podczas rozciągania. Jest często używany do owijania izolacji transformatorów zanurzonych w oleju, takich jak owijanie izolacji wyprowadzeń cewek, przewodów i urządzeń ekranujących ładunki elektrostatyczne; papier kablowy o wysokiej gęstości jest również izolujący Rodzaj papieru krepowego, wytrzymałość elektryczna jest od 100% do 150% wyższa niż zwykłego papieru krepowego, wytrzymałość mechaniczna jest o 50% wyższa, wytrzymałość elektryczna jest wysoka, odporność na olej jest dobra, elastyczność jest dobra i jest łatwy do rozciągania. Może być stosowany jako przewód zamiast taśmy lakierowanej. i izolacja połączeń przewodowych i zagięć.

2) Papier telefoniczny: Papier telefoniczny jest również wytwarzany z pulpy siarczanowej, powszechnie stosowanej w kablach telefonicznych. Ma słabą wytrzymałość mechaniczną i jest zazwyczaj stosowany jako izolacja zwojów, izolacja warstwowa lub izolacja okładkowa przewodów.

3) Papier kondensatorowy: Papier kondensatorowy dzieli się na klasę A i klasę B, w zależności od wymagań użytkowych. Papier kondensatorowy klasy A jest stosowany do metalizowanych kondensatorów dielektrycznych w przemyśle elektronicznym. Klasa B jest stosowana głównie jako dielektryk międzybiegunowy w kondensatorach mocy. Papier kondensatorowy charakteryzuje się wysoką szczelnością i cienką grubością. Zazwyczaj papier kondensatorowy jest często stosowany w transformatorach prądowych, a transformatory są stosowane rzadko.

4) Papier izolacyjny w zwojach: Papier izolacyjny w zwojach służy jako podkład papieru klejącego, a papier klejący służy do nawijania cylindra izolacyjnego (rury) i tulei pojemnościowej, która charakteryzuje się tym, że wysokość absorpcji wody jest wyższa niż w przypadku papieru kablowego i niższa niż w przypadku papieru impregnującego. Papier klejony dzieli się na klejony jednostronnie lub dwustronnie (żywica fenolowa lub epoksydowa), który jest utwardzany w niskiej temperaturze. Gdy papier klejony jest używany do produkcji tuby papierowej lub prasowania laminatu, klej jest ostatecznie utwardzany po podgrzaniu i dociśnięciu. Rolka jest zazwyczaj taśmą jednostronną, a taśma prasowana jest taśmą dwustronną. Ponadto istnieje również papier klejony diamentowo (papier klejony siatkowo), który jest stosowany do izolacji międzywarstwowej cewek uzwojeń folii zanurzonych w oleju. Po utwardzeniu zapewnia przyczepność między izolacjami oraz między izolacją a folią, zwiększając wytrzymałość i dobrą przepuszczalność oleju.

Konwencjonalny papier izolacyjny transformatorowy jest najczęściej używany do papieru kablowego, papieru krepowego i papieru rombowego, które są stosowane w transformatorach jako izolacja międzyzwojowa, międzywarstwowa, izolacje ołowiane itp. Zazwyczaj ceny różnych rodzajów papieru izolacyjnego nie różnią się. Zazwyczaj jest on dość wysoki i wynosi około 20 juanów/kg.

4.4 Materiały kompozytowe elektryczne

Cienkie warstwy elektryczne i materiały kompozytowe charakteryzują się doskonałymi właściwościami dielektrycznymi i należą do cienkich arkuszy izolacyjnych. Warstwy elektryczne obejmują folie poliestrowe i poliimidowe, które mogą być również stosowane jako izolacja przewodów i izolacja międzywarstwowa w transformatorach. Materiał kompozytowy to produkt kompozytowy wykonany z jedno- lub dwustronnego włókna sklejonego folią, który może być stosowany jako izolacja międzywarstwowa w transformatorach, zwłaszcza w suchych transformatorach z cewkami foliowymi. Cewki niskiego napięcia są zazwyczaj wykonane z materiałów kompozytowych. Po impregnacji żywicą jest on stosowany jako izolacja międzywarstwowa. Powszechnie stosowanymi materiałami kompozytowymi są DMD, GHG i inne.

Pełna nazwa DMD to poliestrowy materiał kompozytowy z włókniny poliestrowej, który dzieli się na preimpregnowany żywicą DMD i niepreimpregnowany. D) Wytworzony trójwarstwowy miękki kompozyt. DMD charakteryzuje się doskonałą izolacją elektryczną, odpornością na ciepło i wytrzymałością mechaniczną, a także doskonałymi właściwościami impregnacyjnymi. Nieprepregowany DMD może być stosowany jako izolacja międzywarstwowa w transformatorach zanurzonych w oleju, a prepregowany DMD jako izolacja międzywarstwowa w niskonapięciowych cewkach foliowych w transformatorach suchych klasy F. Jego szczegółowe parametry przedstawiono w poniższej tabeli:

Pełna nazwa GHG to preimpregnowany film poliimidowy z żywicy szklanej klasy H, miękki materiał kompozytowy. Jest to trójwarstwowy, miękki materiał kompozytowy wykonany z tkaniny z włókna szklanego (G) naklejonej obustronnie na folię poliimidową (H). W porównaniu z DMD, charakteryzuje się lepszą odpornością na ciepło i może być stosowany do izolacji międzywarstwowej cewek niskonapięciowych z nawiniętymi foliami w transformatorach suchych klasy H.

Pełna nazwa NHN to poliimid, włókno poliaramidowe, papier, miękki materiał kompozytowy. NHN jest obecnie najwyższej jakości cienkowarstwowym materiałem izolacyjnym, charakteryzującym się doskonałą odpornością na ciepło, dobrymi właściwościami dielektrycznymi, niską absorpcją wody i doskonałą odpornością na wilgoć. Należy do materiałów izolacyjnych klasy H i może być stosowany do izolacji międzywarstwowej transformatorów suchych klasy H. Jego szczegółowe parametry eksploatacyjne przedstawiono w poniższej tabeli:

4.5 Tektura izolacyjna

Tektura izolacyjna jest wykonana z czystej masy papierniczej z drewna kraft i może być używana do przekładek szczelin olejowych, wsporników szczelin olejowych, separatorów, tub tekturowych, papieru falistego, izolacji jarzm żelaznych, izolacji zacisków i płyt dociskowych uzwojeń izolacji końcowej do uzwojeń kołowych itp., jej typowa grubość to 1,0 mm, 1,5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 6 mm, tektura izolacyjna jest podzielona na tekturę o niskiej gęstości, tekturę o średniej gęstości i tekturę o wysokiej gęstości w zależności od gęstości, papier o niskiej gęstości jest zwykle nazywany miękką tekturą T3, gęstość wynosi od 0,75 g/cm3 do 0,9 g/cm3, wytrzymałość jest niska i jest często używana do gięcia części lub tworzenia części rozciąganych po zwilżeniu, takich jak formowanie pierścieni kątowych, części pierścieniowych i miękkich tub papierowych. Tektura o niskiej gęstości ma wysoką szybkość absorpcji oleju, dobrą odkształcalność, ale słabe właściwości mechaniczne; Tektura o średniej gęstości jest zwykle nazywana tekturą T1, o gęstości od 0,95 g/cm3 do 1,15 g/cm3, używana jako podkładka itp.; tektura o wysokiej gęstości Tektura jest zwykle nazywana tekturą T4, o gęstości od 1,15 g/cm3 do 1,3 g/cm3, i jest używana jako izolacyjna tuba tekturowa, izolacyjna płyta dociskowa i pierścień końcowy. W strukturze przekładki olejowej składającej się z wielowarstwowych papierowych rurek cewki wysokiego napięcia, tektura falista może być również stosowana zamiast tekturowych rozpórek do tworzenia szczelin olejowych, co może oszczędzać materiały w oparciu o zapewnienie wydajności izolacji.

4.6 Folia polipropylenowa

Folia polipropylenowa jest wykonana z żywicy polipropylenowej (PP) wytłaczanej w grubą warstwę i rozciąganej w kierunku. 0,92 g/cm3. 2) Ma dobre właściwości elektryczne i stabilność chemiczną, względny współczynnik dielektryczny wynosi od 2 do 2,2, a ciśnienie przebicia jest większe niż 150 MV/m; 3) Ma dobre właściwości mechaniczne, a jej wytrzymałość na rozciąganie jest większa niż 100 MPa; 4) Może być używana przez długi czas w temperaturze 125 ℃ i należy do izolacji klasy E; 5) Ma hydrofobowość i silne właściwości pochłaniania wody i może być stosowana do izolacji przewodów transformatorów zanurzonych w oleju.

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