Sau khi đọc xong bài viết này, bạn sẽ có được sự hiểu biết toàn diện về vật liệu và cấu tạo của thân máy biến áp.

Các vật liệu chính cấu thành thân máy biến áp bao gồm vật liệu mạch từ, vật liệu mạch điện, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu, v.v. Công dụng và phân loại vật liệu cụ thể như sau:

1. Tấm thép silic

Trong máy biến áp, các yêu cầu về hiệu suất của thép silic chủ yếu là:

① Hàm lượng sắt thấp, đây là chỉ số quan trọng nhất về chất lượng thép tấm silic. Tất cả các quốc gia đều phân loại thép theo giá trị hàm lượng sắt. Hàm lượng sắt càng thấp, cấp độ càng cao.

②Cường độ cảm ứng từ cao dưới từ trường mạnh, giúp giảm thể tích và trọng lượng lõi sắt của động cơ và máy biến áp, đồng thời tiết kiệm các tấm thép silic, dây đồng và vật liệu cách điện.

③Bề mặt nhẵn, phẳng và có độ dày đồng đều, giúp cải thiện hệ số lấp đầy của lõi sắt.

④Nó có khả năng đục lỗ tốt và dễ gia công.

⑤ Độ bám dính và khả năng hàn của lớp màng cách điện bề mặt tốt, giúp ngăn ngừa ăn mòn và cải thiện khả năng xuyên thủng.

⑥ Về cơ bản không có hiện tượng lão hóa từ tính.

Phân loại và định nghĩa cấp độ của tấm thép silic

Máy biến áp thường sử dụng thép tấm silic định hướng hạt cán nguội để đảm bảo hiệu suất năng lượng không tải. Thép tấm silic định hướng hạt cán nguội có thể được chia thành thép tấm silic định hướng hạt cán nguội thông thường, thép tấm silic có độ từ thẩm cao (hoặc thép tấm silic có cảm ứng từ cao) và thép tấm silic khắc laser theo tính chất và phương pháp gia công. Thông thường, dưới từ trường xoay chiều (giá trị đỉnh) 50Hz và 800A, thép tấm silic có độ phân cực từ tối thiểu B800A = 1,78T～1,85T đạt được bởi lõi sắt được gọi là thép tấm silic thông thường, ký hiệu là "CGO", và B800A = 1,85T trở lên. Sự khác biệt chính giữa thép Hi-B và thép silic thông thường là: kết cấu định hướng Gaussian của thép Hi-B có độ từ thẩm cao, tức là sự sắp xếp các hạt thép silic theo hướng dễ từ hóa rất cao. Trong công nghiệp, quá trình tái kết tinh thứ cấp được sử dụng để sản xuất thép tấm silic có hàm lượng silic 3%. Thép Hi-B có độ định hướng hạt rất cao. Độ lệch trung bình so với hướng cán là 3°, trong khi đó thép silic tấm thông thường là 7°, do đó thép Hi-B có độ thẩm từ cao hơn, thường đạt B800A với độ thẩm từ hơn 1,88T, giúp cải thiện cấu trúc định hướng Gaussian và giảm tổn hao sắt. Một đặc điểm khác của thép Hi-B là độ bền kéo đàn hồi của lớp màng thủy tinh và lớp phủ cách điện bám trên bề mặt thép tấm là 3~5N/mm2, tốt hơn so với 1~2 N/mm2 của thép silic tấm định hướng thông thường. Lớp có độ bền kéo cao này làm giảm chiều rộng miền từ và giảm tổn hao dòng điện xoáy bất thường. Do đó, thép Hi-B có giá trị tổn hao sắt thấp hơn so với thép silic tấm định hướng hạt thông thường.

Tấm thép silic khắc laser được chế tạo dựa trên thép Hi-B, thông qua công nghệ chiếu xạ tia laser, bề mặt được làm biến dạng nhẹ, trục từ được tinh chỉnh hơn nữa và đạt được tổn thất sắt thấp hơn. Tấm thép silic khắc laser không thể ủ nhiệt, vì hiệu quả xử lý laser sẽ biến mất nếu nhiệt độ tăng lên.

Thông thường, giá trị này vào khoảng 1,56T, chênh lệch khoảng 20% ​​so với mật độ từ thông bão hòa của thép tấm silic thông thường là 1,9T, do đó mật độ từ thông thiết kế của máy biến áp cũng cần giảm đi 20%. Mật độ từ thông thiết kế của máy biến áp dầu hợp kim vô định hình thường dưới 1,35T. Mật độ từ thông thiết kế của máy biến áp dầu khô hợp kim tinh thể thường dưới 1,2T.

2) Các dải lõi cốt liệu vô định hình rất nhạy cảm với ứng suất. Sau khi các dải lõi chịu ứng suất, hiệu suất không tải dễ bị suy giảm. Do đó, cần đặc biệt chú ý đến cấu trúc. Lõi phải được treo trên khung đỡ và cuộn dây. Chịu trọng lực của chính nó, đồng thời, cần đặc biệt chú ý trong quá trình lắp ráp, không được làm căng lõi sắt, và cần giảm thiểu việc dùng búa đập hoặc các phương pháp khác.

3) Hiện tượng từ biến của hợp kim vô định hình lớn hơn khoảng 10% so với thép silic tấm thông thường, do đó tiếng ồn của nó khó kiểm soát, đây cũng là một trong những lý do chính hạn chế việc phổ biến rộng rãi máy biến áp hợp kim vô định hình. Tiếng ồn của máy biến áp đặt ra những yêu cầu cao hơn, được chia thành các khu vực nhạy cảm và khu vực không nhạy cảm, và các yêu cầu về mức độ âm thanh được đặt ra một cách có mục tiêu, điều này đòi hỏi phải giảm hơn nữa mật độ từ tính của thiết kế lõi.

4) Dải hợp kim vô định hình rất mỏng, chỉ dày 0,03mm, nên không thể cán thành dạng tấm như thép silic thông thường, mà chỉ có thể làm thành lõi sắt cuộn. Vì vậy, các nhà sản xuất máy biến áp thông thường không thể tự gia công cấu trúc lõi sắt. Phải thuê ngoài, tương ứng với tiết diện hình chữ nhật của dải lõi sắt cuộn, cuộn dây của máy biến áp hợp kim vô định hình thường cũng được làm thành cấu trúc hình chữ nhật;

5) Mức độ nội địa hóa chưa đủ. Hiện nay, chủ yếu là các dải hợp kim vô định hình nhập khẩu từ Hitachi Metals, và việc nội địa hóa đang dần được thực hiện. Tại Trung Quốc, Antai Technology và Qingdao Yunlu có các dải hợp kim vô định hình băng thông rộng (213mm, 170mm và 142mm), nhưng vẫn còn một khoảng cách nhất định giữa hiệu năng của chúng và độ ổn định của các dải nhập khẩu.

6) Chiều dài dải tối đa bị giới hạn. Chiều dài dải ngoại vi tối đa của dải hợp kim vô định hình ở giai đoạn đầu cũng bị hạn chế rất nhiều do giới hạn về kích thước của lò ủ. Tuy nhiên, về cơ bản vấn đề này hiện đã được giải quyết, và có thể sản xuất hợp kim vô định hình với chiều dài dải ngoại vi tối đa là 10m. Khung lõi sắt có thể được sử dụng để sản xuất máy thay dầu khô bằng hợp kim vô định hình công suất 3150kVA trở xuống và máy thay dầu bằng hợp kim vô định hình công suất 10000kVA trở xuống.

Dựa trên hiệu quả tiết kiệm năng lượng vượt trội của máy biến áp hợp kim vô định hình, cùng với việc thúc đẩy tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải quốc gia và một loạt các chính sách, thị phần của máy biến áp hợp kim vô định hình đang tăng lên. Xét về giá thành của thép hợp kim vô định hình (hiện nay là 26,5 nhân dân tệ/kg), giá thành cao gấp đôi so với thép tấm silic thông thường (30Q120 hoặc 30Q130), và chênh lệch so với đồng là tương đối nhỏ. Tuy nhiên, để đáp ứng chất lượng sản phẩm lưới điện và yêu cầu đấu thầu, máy biến áp hợp kim vô định hình thường sử dụng dây dẫn bằng đồng. So với thép tấm silic thông thường, những điểm khác biệt chính về chi phí của máy biến áp hợp kim vô định hình như sau:

1) Do cấu trúc lõi quấn, nên cần sử dụng cấu trúc năm cột ba pha cho loại lõi máy biến áp, giúp giảm trọng lượng của lõi khung đơn và giảm độ khó lắp ráp. Cấu trúc năm cột ba pha và cấu trúc ba cột ba pha đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng về chi phí. Hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất đều sử dụng cấu trúc năm cột ba pha. Hình 2 minh họa lõi sắt khung đơn và quá trình lắp ráp đã mua.

2) Vì tiết diện của thân có hình chữ nhật, để giữ khoảng cách cách điện nhất quán, các cuộn dây cao áp và hạ áp cũng được chế tạo thành cấu trúc hình chữ nhật tương ứng.

1) Do mật độ từ trường thiết kế lõi thấp hơn khoảng 25% so với máy biến áp thép silic dạng tấm thông thường, và hệ số ghép lớp của lõi khoảng 0,87, thấp hơn nhiều so với máy biến áp thép silic dạng tấm thông thường là 0,97, nên diện tích mặt cắt ngang thiết kế cần phải lớn hơn so với máy biến áp thép silic dạng tấm thông thường. Nếu lớn hơn 25%, chu vi tương ứng của các cuộn dây cao áp và hạ áp cũng sẽ tăng lên tương ứng. Đồng thời, cũng cần phải xem xét sự tăng chiều dài của các vòng dây cao áp và hạ áp. Để đảm bảo tổn hao tải của cuộn dây không thay đổi, diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn cần phải tương ứng cao hơn. Do đó, hàm lượng đồng trong máy biến áp hợp kim vô định hình cao hơn khoảng 20% ​​so với máy biến áp thông thường.

3. Vật liệu mạch điện

Tổng quan

Mạch điện bên trong của máy biến áp chủ yếu bao gồm các cuộn dây (còn gọi là cuộn cảm). Nó được kết nối trực tiếp với lưới điện bên ngoài và là thành phần cốt lõi của máy biến áp. Mạch điện bên trong của máy biến áp thường được làm bằng các cuộn dây. Dây đồng và dây nhôm được chia thành dây tròn, dây dẹt (có thể được chia nhỏ hơn nữa thành dây đơn, dây ghép và dây đảo chiều), dây dẫn lá, v.v., theo hình dạng mặt cắt ngang của dây. Các lớp dây được ghép lại với nhau và cuối cùng tạo thành cuộn dây tổng thể. Do đó, vật liệu dẫn điện chính của mạch máy biến áp là đồng và nhôm.

3.1 So sánh đặc điểm của đồng và nhôm

Đồng và nhôm đều là kim loại có độ dẫn điện tốt và thường được sử dụng làm chất dẫn điện để chế tạo cuộn dây biến áp. Sự khác biệt về tính chất vật lý được thể hiện trong bảng sau:

3.2 So sánh hiệu năng của dây đồng-nhôm trong cuộn dây máy biến áp

Sự khác biệt của máy biến áp đồng-nhôm còn được xác định bởi sự khác biệt về vật liệu, thể hiện ở các khía cạnh sau:

1) Điện trở suất của dây dẫn đồng chỉ bằng khoảng 60% so với dây dẫn nhôm. Để đạt được cùng yêu cầu về tổn hao và tăng nhiệt độ, diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn nhôm cần sử dụng phải lớn hơn 60% so với dây dẫn đồng, do đó cần cùng công suất và cùng thông số. Thể tích của máy biến áp dây dẫn nhôm thường lớn hơn máy biến áp dây dẫn đồng, nhưng diện tích tản nhiệt của máy biến áp cũng tăng lên, vì vậy sự tăng nhiệt độ của dầu thấp hơn;

2) Mật độ của nhôm chỉ bằng khoảng 30% so với đồng, do đó máy biến áp phân phối có dây dẫn bằng nhôm nhẹ hơn máy biến áp phân phối có dây dẫn bằng đồng;

3) Nhiệt độ nóng chảy của dây dẫn nhôm thấp hơn nhiều so với dây dẫn đồng, do đó giới hạn tăng nhiệt độ của dòng điện ngắn mạch là 250 ℃, thấp hơn so với 350 ℃ của dây dẫn đồng. Vì vậy, thể tích của máy biến áp cũng lớn hơn so với máy biến áp dùng dây dẫn đồng;

4) Độ cứng của dây dẫn nhôm thấp nên gờ bề mặt dễ loại bỏ hơn, do đó sau khi chế tạo máy biến áp, khả năng xảy ra đoản mạch giữa các vòng dây hoặc giữa các lớp do gờ gây ra sẽ giảm đi;

5) Do độ bền kéo và nén thấp của dây dẫn nhôm và độ bền cơ học kém, máy biến áp sử dụng dây dẫn nhôm không có khả năng chịu ngắn mạch tốt như máy biến áp sử dụng dây dẫn đồng. Giới hạn ứng suất của dây dẫn là 1600kg/cm2, và khả năng chịu tải được cải thiện đáng kể;

6) Quá trình hàn giữa dây dẫn nhôm và dây dẫn đồng kém, chất lượng mối hàn khó đảm bảo, ảnh hưởng đến độ tin cậy của dây dẫn nhôm ở một mức độ nhất định.

7) Nhiệt dung riêng của dây dẫn nhôm bằng 239% so với dây dẫn đồng, nhưng xét đến sự khác biệt về mật độ và mật độ điện thiết kế giữa hai loại, sự khác biệt về hằng số nhiệt thực tế giữa hai loại không lớn bằng sự khác biệt về nhiệt dung riêng. Khả năng chịu quá tải ngắn hạn của máy biến áp kiểu khô ít bị ảnh hưởng.

4. Vật liệu cách nhiệt

Tổng quan

Tuy nhiên, độ tin cậy và tuổi thọ của máy biến áp phụ thuộc phần lớn vào vật liệu cách điện được sử dụng. Vật liệu cách điện, còn được gọi là chất điện môi, là những chất có điện trở suất cao và độ dẫn điện thấp. Vật liệu cách điện có thể được sử dụng để cách ly các dây dẫn tích điện hoặc có điện thế khác nhau, cho phép dòng điện chảy theo một hướng nhất định. Trong các sản phẩm máy biến áp, vật liệu cách điện còn đóng vai trò tản nhiệt, làm mát, đỡ, cố định, dập tắt hồ quang, cải thiện độ chênh lệch điện thế, chống ẩm, chống nấm mốc và bảo vệ dây dẫn. Dưới tác dụng của điện áp DC, chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua vật liệu cách điện. Điện trở suất của nó (tính theo điện trở suất thể tích trong không khí) tương đối cao, thường là 108~1020Ω·cm (điện trở suất của dây dẫn là 10-6~10-3Ω·cm, và điện trở suất của chất bán dẫn là 10-3~108Ω·cm).

Vật liệu cách điện có điện trở rất lớn đối với dòng điện một chiều. Do điện trở suất cao, dưới tác dụng của điện áp một chiều, nó thực tế không dẫn điện ngoại trừ một dòng rò rỉ bề mặt rất nhỏ; trong khi đó, nó có điện dung đối với dòng điện xoay chiều. Dòng điện cũng thường được coi là không dẫn điện. Điện trở suất của vật liệu cách điện càng cao thì tính chất cách điện của nó càng tốt.

Vật liệu cách điện được sử dụng trong máy biến áp để cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau và nối đất (điện thế bằng không). Khi được sử dụng trong các loại giá đỡ khác nhau, chúng cũng cần có các đặc tính cơ học tốt. Ngoài ra, vật liệu cách điện còn đóng các vai trò khác như làm mát, cố định, lưu trữ năng lượng, dập tắt hồ quang, cải thiện độ chênh lệch điện thế, chống ẩm, chống nấm mốc và bảo vệ dây dẫn.

Thông thường, vật liệu cách nhiệt được chia thành ba loại:

1) Vật liệu cách điện dạng khí: Ở nhiệt độ và áp suất bình thường, các loại khí khô thông thường có tính chất cách điện tốt, chẳng hạn như không khí, nitơ, hydro, carbon dioxide, sulfur hexafluoride, v.v. Trong đó, không khí và sulfur hexafluoride được sử dụng rộng rãi trong máy biến áp;

2) Vật liệu cách điện dạng lỏng: Vật liệu cách điện dạng lỏng thường tồn tại ở dạng dầu, còn được gọi là dầu cách điện. Ví dụ như dầu khoáng, dầu thực vật, este tổng hợp, v.v.;

3) Vật liệu cách điện rắn: chẳng hạn như sơn cách điện, keo cách điện, giấy cách điện, bìa cứng cách điện, bìa carton sóng, nhựa và màng cách điện, tấm cách điện (thanh, ống), nhựa epoxy đúc khuôn, sứ cách điện, cao su, các sản phẩm mica, v.v.

4.1 Dầu cách điện

Dầu cách điện có đặc điểm là độ bền điện cao, khả năng chống sét cao, điểm đóng băng thấp, nhiệt độ hoạt động tốt dưới tác động của oxy, nhiệt độ cao và điện trường mạnh, không độc hại, không ăn mòn, độ nhớt thấp, tính lưu động tốt, v.v. Nó được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm điện như máy biến áp, công tắc dầu, tụ điện và cáp, đóng vai trò cách điện, làm mát, tẩm và làm đầy. Ngoài ra, nó còn đóng vai trò dập tắt hồ quang trong công tắc dầu và lưu trữ năng lượng trong tụ điện.

Dầu cách điện đóng vai trò kép vừa cách điện vừa làm mát trong máy biến áp;

Hiện nay, dầu cách điện thường được chia thành các loại sau:

1) Dầu khoáng: chẳng hạn như dầu máy biến áp, dầu công tắc, dầu tụ điện, dầu cáp;

2) Dầu tổng hợp: chẳng hạn như dodecylbenzene, dầu silicon, este tổng hợp, v.v.;

3) Dầu thực vật;

4.2 Nhựa epoxy

Nhựa epoxy là một hợp chất polymer. Nhựa này có đặc điểm là vật liệu hữu cơ ở thể rắn, bán rắn hoặc gần rắn với khối lượng phân tử không xác định (thường cao), có xu hướng chảy khi chịu ứng suất, thường có khoảng nhiệt độ hóa mềm hoặc nóng chảy, và mặt cắt ngang rắn thường có hình dạng vỏ sò. Nó có các đặc điểm cơ bản sau:

1) Chuỗi phân tử rất dài, mỗi chuỗi chứa hàng trăm hoặc thậm chí hàng chục nghìn nguyên tử, được liên kết cộng hóa trị với nhau;

2) Chuỗi phân tử dài được cấu tạo từ đơn vị lặp lại nhỏ nhất, tức là mắt xích, và số lượng mắt xích trong một phân tử được gọi là bậc trùng hợp;

3) Lực liên phân tử tổng cộng của các đại phân tử thường vượt quá lực liên kết hóa học giữa các nguyên tử trong phân tử, do đó các hợp chất polyme có một loạt các đặc điểm: ví dụ, không có polyme dạng khí, quá trình hòa tan polyme rất chậm, v.v. Nếu có liên kết chéo giữa các phân tử, đặc điểm này thậm chí còn rõ rệt hơn.

Nhựa epoxy là thuật ngữ chỉ các oligomer chứa nhóm chức epoxy. Nhựa epoxy bắt đầu xuất hiện vào năm 1891. Sau năm 1947, nhiều công ty ở Hoa Kỳ và Thụy Sĩ đã tổng hợp thành công nhựa epoxy bisphenol A ở quy mô công nghiệp. Nước tôi bắt đầu sản xuất vào năm 1956.

Tính chất cách điện của vật liệu epoxy đặc biệt nổi bật. Khi không thêm chất độn, điện trở suất EB của sản phẩm sau khi đóng rắn cao hơn 16MV/m, điện trở suất pV cao hơn 1011Ω·m, hệ số điện môi εr từ 3 đến 4, và tanδ khoảng 0,002 ở tần số nguồn. Do đó, nhựa epoxy chứa 20% oxy được sử dụng cho cách điện và điện tử, ví dụ như sơn epoxy tẩm làm sơn cách điện loại B, tẩm cuộn dây stato động cơ cỡ nhỏ và trung bình; sơn epoxy không dung môi được sử dụng để tẩm chân không cuộn dây stato động cơ cỡ lớn; vật liệu nhiều lớp (tấm, ống, thanh) được sử dụng làm nêm rãnh và miếng đệm của động cơ, thanh vận hành công tắc cao áp; chất kết dính được sử dụng để liên kết các sứ cách điện cao áp; vật liệu đúc được sử dụng để cách ly đĩa trong các thiết bị điện kết hợp kín hoàn toàn bằng sulfur hexafluoride (GIS). Các thành phần như chất cách điện, máy biến áp và tụ điện gốm cao áp. Hiện nay, tên thương hiệu của các loại nhựa epoxy hoặc nhựa epoxy biến tính sản xuất tại Trung Quốc vẫn chưa thống nhất. Tên của các nhà sản xuất nhựa epoxy khác nhau trên thế giới cũng khác nhau và cần được phân biệt bằng nhãn hiệu.

Nhựa epoxy chỉ là các oligomer và chỉ có thể sử dụng sau khi đóng rắn. Chất đóng rắn có thể phản ứng với nhựa epoxy để liên kết chéo các phân tử nhựa từ cấu trúc tuyến tính thành cấu trúc khối. Chất xúc tác/chất tăng cường có thể làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng và có thể thúc đẩy/điều chỉnh quá trình phản ứng tạo gel của vật liệu đúc. Chất đóng rắn sử dụng hydro hoạt tính có trong nó để thực hiện phản ứng cộng mở vòng với nhóm epoxy hoạt tính trong nhựa để đạt được sự đóng rắn. Hydro hoạt tính là -NH2, -NH-, -COOH, -OH và -SH trong chất đóng rắn hoặc chất tăng tốc. Các chất đóng rắn thường được sử dụng là amin và anhydrit axit. Một số chất đóng rắn yêu cầu chất tăng tốc/chất xúc tác, một số yêu cầu điều kiện nhiệt độ cao, và một số có thể phản ứng mạnh ở nhiệt độ thấp. Các chất đóng rắn khác nhau cũng sẽ dẫn đến sự khác biệt lớn về tính chất của sản phẩm sau khi đóng rắn, điều này có tác động đáng kể đến tính chất cuối cùng của sản phẩm. Do đó, việc thiết kế và lựa chọn chất đóng rắn trong hệ thống công thức nhựa epoxy là rất quan trọng.

Vật liệu cách điện epoxy được sử dụng trong máy biến áp khô là một phát triển mới trong 40 năm qua. Tuổi thọ thiết kế của cuộn dây máy biến áp cần đạt 30 năm, và cấp chịu nhiệt phải đạt cấp F. Các vật liệu thông thường khó đáp ứng được các yêu cầu này.

Để đạt được mục tiêu này, cần phải thiết kế, tối ưu hóa, thử nghiệm và kiểm chứng các vật liệu sử dụng cũng như hệ thống và quy trình pha chế của chúng nhằm thu được hiệu quả mong muốn. Trong máy biến áp khô cách điện bằng nhựa epoxy, hệ thống nhựa epoxy được tạo thành bằng phương pháp đúc hoặc nhúng, sau đó được xử lý nhiệt để tạo thành lớp cách điện cuộn dây (tức là cách điện dọc). Trong suốt quá trình hoạt động của máy biến áp khô, lớp cách điện bằng nhựa epoxy cũng phải đảm bảo cách điện cho cuộn dây và độ bền cơ học, đồng thời tản nhiệt bên trong cuộn dây thông qua dẫn nhiệt.

Điểm yếu lớn nhất của nó là tính không thể đảo ngược và không thể sửa chữa của các khuyết tật và hư hỏng lớp cách điện bằng nhựa (thường là các khuyết tật trong quá trình sản xuất và hư hỏng trong quá trình vận hành). Do đó, việc tránh nứt vỡ lớp cách điện rắn, tránh các khuyết tật khi đúc và tránh phóng điện cục bộ là đặc biệt quan trọng, trở thành chìa khóa của công nghệ sản xuất vật liệu cách điện rắn và là trọng tâm cạnh tranh giữa các nhà sản xuất.

Do sự tăng nhiệt độ cao gây ra bởi tổn thất trong quá trình vận hành máy biến áp, lớp cách điện bằng nhựa phải hoạt động ở nhiệt độ cao trong thời gian dài (ví dụ như máy biến áp loại F, nhiệt độ làm việc tối đa được thiết kế thường vào khoảng 140 ℃), và máy biến áp có thể hoạt động ở nhiệt độ cao trước khi vận hành và trong quá trình bảo trì ở nhiệt độ thấp (ví dụ như -30 ℃), và máy biến áp sẽ phải chịu tác động điện giật lớn từ sét đánh hoặc ngắn mạch bất cứ lúc nào. Cuộn dây cách điện bằng nhựa phải có khả năng thích ứng với những thay đổi này và có thể chịu được hoặc chống chịu được các cú sốc điện động ngắn mạch ở nhiệt độ cực cao và cực thấp. Do đó, các yêu cầu cực kỳ khắt khe được đặt ra đối với các đặc tính nhiệt, cơ học và điện của hệ thống cách điện epoxy.

Hiện nay có hai loại hệ thống vật liệu cách điện cho máy biến áp đúc nhựa, một loại là "đúc nhựa nguyên chất + gia cường bằng sợi thủy tinh với tỷ lệ lấp đầy cao", và loại kia là "đúc bột thạch anh nhựa + gia cường cục bộ bằng lưới thủy tinh prepreg".

Hệ thống cách điện (tức là cấu trúc cách điện thông thường) bao quát phạm vi rộng hơn hệ thống vật liệu cách điện. Nó đề cập đến sự cách điện của thiết bị điện (hoặc các thành phần độc lập của nó) nói chung, bao gồm không chỉ các vật liệu cách điện và sự kết hợp của chúng, mà còn cả mối quan hệ giữa vật liệu cách điện và dây dẫn, mối quan hệ với điện trường, mối quan hệ giữa vật liệu cách điện và môi trường xung quanh (khí hoặc chất lỏng và các điều kiện của nó, ô nhiễm bề mặt, điều kiện tản nhiệt, lực cơ học hoặc bức xạ, v.v.), và khả năng thích ứng của nó với các thông số hoạt động của hệ thống điện. Luồng không khí và sự tản nhiệt trong máy biến áp khô, ứng suất cách điện, v.v., đều nằm trong phạm vi của hệ thống cách điện cần được xem xét.

4.3 Giấy cách điện

Giấy làm từ sợi thực vật được chia thành sợi gỗ, sợi bông và sợi gai dầu, trong đó loại được sử dụng phổ biến nhất là giấy làm từ bột gỗ sunfat nguyên chất. Gỗ thông, gỗ tùng và các loại gỗ khác chủ yếu bao gồm cellulose, một hợp chất polymer tự nhiên. Phương pháp sản xuất giấy cách điện sử dụng phương pháp hóa học, chẳng hạn như phương pháp sunfat. Trong phương pháp này, thành phần chính của dung dịch nấu là natri sunfua (Na2S). Natri sunfua được thủy phân để tạo ra natri hydro sunfua và natri hydroxit. Cellulose phản ứng và hòa tan chúng trong dung dịch kiềm. Dung dịch nấu tương đối nhẹ, do đó trọng lượng phân tử của cellulose giảm rất ít. Các loại giấy cách điện cellulose thực vật thường được sử dụng trong máy biến áp là: giấy cách điện cáp điện, giấy cách điện cáp cao áp và giấy cách điện giữa các vòng dây máy biến áp.

1) Giấy cáp: Giấy cáp được làm từ bột giấy kraft, có các mác DL08, DL12, DL17, với độ dày lần lượt là 0,08mm, 0,12mm và 0,17mm, được cung cấp dưới dạng cuộn. Sau khi giấy cáp được ngâm tẩm dầu biến áp, độ bền cơ học và độ bền điện của nó sẽ được cải thiện đáng kể. Ví dụ, độ bền điện của giấy cáp điện lực trong không khí là 6~9×103kV/m, và sau khi sấy khô và ngâm trong dầu biến áp, độ bền điện đạt 70~90×103kV/m. Nó có độ ổn định nhiệt tốt và thường được sử dụng làm vật liệu cách điện cuộn dây và vật liệu cách điện giữa các lớp. Giấy cáp cũng bao gồm giấy cáp cao áp, giấy cáp hạ áp, giấy cáp mật độ cao và giấy crepe cách điện. Giấy cáp cao áp thích hợp cho máy biến áp và biến áp 110-330kV, với hệ số tổn hao điện môi thấp; Giấy cách điện cáp điện áp thấp được sử dụng để cách điện cáp điện và máy biến áp hoặc các sản phẩm điện khác có điện áp từ 35kV trở xuống; giấy crepe cách điện được làm từ giấy cách điện. Nó được sản xuất bằng phương pháp xử lý nhăn, và có các nếp nhăn dọc theo hướng ngang, các nếp nhăn này sẽ bị kéo giãn ra khi căng. Nó thường được sử dụng để quấn cách điện cho máy biến áp ngâm dầu, chẳng hạn như quấn cách điện các đầu ra cuộn dây, dây dẫn và các thiết bị chắn tĩnh điện; giấy cáp mật độ cao cũng là một loại giấy crepe cách điện, có độ bền điện cao hơn từ 100% đến 150% so với giấy crepe thông thường, độ bền cơ học cao hơn 50%, khả năng chống dầu tốt, độ đàn hồi tốt và dễ kéo giãn. Nó có thể được sử dụng thay thế băng keo tráng vecni cho dây dẫn và để cách điện các mối nối dây và các chỗ uốn cong.

2) Giấy điện thoại: Giấy điện thoại cũng được làm từ bột giấy sunfat, thường được sử dụng trong cáp điện thoại. Nó có độ bền cơ học kém và thường được sử dụng làm lớp cách điện vòng, lớp cách điện lớp hoặc lớp cách điện vỏ của dây dẫn.

3) Giấy tụ điện: Giấy tụ điện được chia thành loại A và loại B theo yêu cầu sử dụng. Giấy tụ điện loại A được sử dụng cho tụ điện có lớp điện môi bằng giấy mạ kim loại trong ngành điện tử. Loại B chủ yếu được sử dụng làm lớp điện môi giữa các cực cho tụ điện công suất. Giấy tụ điện có đặc điểm là độ kín cao và độ dày mỏng. Nói chung, các biến dòng thường sử dụng giấy tụ điện, còn các biến áp thì ít khi sử dụng.

4) Giấy cách điện dạng cuộn: Giấy cách điện dạng cuộn được sử dụng làm giấy lót cho giấy định cỡ, và giấy định cỡ được sử dụng để quấn ống (trụ) cách điện và ống bọc tụ điện. Đặc điểm của giấy cách điện dạng cuộn là khả năng hút nước cao hơn giấy cáp và thấp hơn giấy tẩm. Giấy dán được chia thành loại dán một mặt hoặc hai mặt (nhựa phenolic hoặc epoxy), được đóng rắn ở nhiệt độ thấp. Khi giấy dán được sử dụng để làm ống giấy hoặc ép nhiều lớp, keo sẽ được đóng rắn hoàn toàn khi được nung nóng và ép. Cuộn giấy thường là băng dính một mặt, còn băng dính đã ép là băng dính hai mặt. Ngoài ra, còn có giấy dán hình thoi (giấy dán dạng lưới), được sử dụng làm lớp cách điện giữa các cuộn dây bọc lá kim loại ngâm dầu. Sau khi đóng rắn, nó đảm bảo độ bám dính giữa các lớp cách điện và giữa lớp cách điện với lá kim loại, tăng cường độ bền và khả năng thấm dầu tốt.

Giấy cách điện biến áp thông thường chủ yếu được sử dụng làm giấy cáp, giấy crepe và giấy phân phối hình thoi, được dùng trong máy biến áp làm vật liệu cách điện giữa các vòng dây, cách điện giữa các lớp, buộc chì, v.v. Thông thường, giá của các loại giấy cách điện khác nhau không chênh lệch nhiều, khoảng 20 nhân dân tệ/kg.

4.4 Vật liệu composite điện

Màng mỏng cách điện và vật liệu composite cách điện có đặc tính điện môi tuyệt vời và thuộc nhóm vật liệu cách điện dạng tấm mỏng. Màng cách điện bao gồm màng polyester và màng polyimide, có thể được sử dụng làm vật liệu cách điện dây dẫn và vật liệu cách điện lớp giữa trong máy biến áp. Vật liệu composite cách điện là sản phẩm composite được tạo thành từ một hoặc hai mặt của màng được liên kết với vật liệu sợi, có thể được sử dụng làm vật liệu cách điện lớp giữa trong máy biến áp, đặc biệt là trong các cuộn dây quấn bằng lá kim loại biến áp khô, và các cuộn dây hạ thế thường được làm bằng vật liệu composite. Sau khi được tẩm nhựa, nó được sử dụng làm vật liệu cách điện lớp giữa. Các vật liệu composite thường được sử dụng là DMD, GHG, v.v.

Tên đầy đủ của DMD là vật liệu composite mềm không dệt sợi polyester màng polyester, được chia thành DMD tiền tẩm nhựa và DMD không tiền tẩm nhựa. D) Vật liệu composite mềm ba lớp được chế tạo. DMD có khả năng cách điện, chịu nhiệt và độ bền cơ học tuyệt vời cũng như đặc tính tẩm nhựa xuất sắc. DMD không tiền tẩm nhựa có thể được sử dụng làm lớp cách điện trung gian cho máy biến áp ngâm dầu, và DMD tiền tẩm nhựa có thể được sử dụng làm lớp cách điện trung gian cho cuộn dây quấn lá nhôm điện áp thấp trong máy biến áp khô loại F. Các chỉ tiêu hiệu suất cụ thể của nó được thể hiện trong bảng sau:

Tên đầy đủ của GHG là vật liệu composite mềm sợi thủy tinh nhựa H-grade được tẩm sẵn màng polyimide. Đây là vật liệu composite mềm ba lớp được làm từ vải sợi thủy tinh (G) dán ở cả hai mặt của màng polyimide (H). So với DMD, nó có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và có thể được sử dụng làm lớp cách điện giữa các cuộn dây quấn bằng lá nhôm điện áp thấp của máy biến áp khô cách điện cấp H.

Tên đầy đủ của NHN là vật liệu composite mềm màng polyimide sợi polyaramid giấy. NHN hiện là vật liệu cách điện lớp mỏng cao cấp nhất, có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, tính chất điện môi tốt, độ hút nước thấp và khả năng chống ẩm vượt trội. Nó thuộc vật liệu cách điện cấp H và có thể được sử dụng làm lớp cách điện giữa các lớp của máy biến áp khô cấp H. Các thông số hiệu suất cụ thể của nó được thể hiện trong bảng sau:

4.5 Bìa carton cách nhiệt

Giấy bìa cách điện được làm từ bột giấy kraft nguyên chất và có thể được sử dụng làm miếng đệm khe hở dầu, thanh đỡ khe hở dầu, tấm ngăn, ống bìa cứng, giấy sóng, cách điện gông sắt, cách điện kẹp và tấm ép cách điện đầu cuộn dây cho cuộn dây hình bánh, v.v. Độ dày thông thường của nó là 1.0mm, 1.5mm, 2mm, 3mm, 4mm, 6mm. Giấy bìa cách điện được chia thành bìa cứng mật độ thấp, bìa cứng mật độ trung bình và bìa cứng mật độ cao theo mật độ. Giấy mật độ thấp thường được gọi là bìa cứng mềm T3, mật độ nằm trong khoảng từ 0.75g/cm3 đến 0.9g/cm3, độ bền thấp, và nó thường được sử dụng cho các bộ phận uốn cong hoặc làm các bộ phận kéo giãn sau khi làm ướt, chẳng hạn như tạo hình vòng góc, các bộ phận hình vòng và ống giấy mềm. Bìa cứng mật độ thấp có tỷ lệ hấp thụ dầu cao, khả năng tạo hình tốt, nhưng tính chất cơ học kém; Giấy bìa cứng mật độ trung bình thường được gọi là giấy bìa cứng T1, có mật độ từ 0,95g/cm³ đến 1,15g/cm³, được sử dụng làm tấm đỡ, v.v.; giấy bìa cứng mật độ cao thường được gọi là giấy bìa cứng T4, có mật độ từ 1,15g/cm³ đến 1,3g/cm³, và được sử dụng làm ống bìa cứng cách điện, tấm ép cách điện và vòng cuối. Trong cấu trúc đệm bằng bìa dầu được cấu tạo từ các ống giấy nhiều lớp của cuộn dây cao áp, bìa cứng sóng cũng có thể được sử dụng thay thế cho các thanh đỡ bằng bìa cứng để tạo thành các khe hở dầu, giúp tiết kiệm vật liệu trên cơ sở đảm bảo hiệu suất cách điện.

4.6 Màng polypropylen

Màng polypropylen được làm từ nhựa polypropylen (PP) ép đùn thành tấm dày và kéo giãn theo một hướng. Trọng lượng riêng: 0,92g/cm3. 2) Có tính chất điện và độ ổn định hóa học tốt, hệ số điện môi tương đối từ 2 đến 2,2, và áp suất đánh thủng lớn hơn 150MV/m; 3) Có tính chất cơ học tốt, độ bền kéo lớn hơn 100MPa; 4) Có thể sử dụng trong thời gian dài ở 125 ℃ và thuộc loại cách điện cấp E; 5) Có tính kỵ nước và khả năng chống thấm nước mạnh, có thể được sử dụng làm vật liệu cách điện dây dẫn cho máy biến áp ngâm dầu.

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