Przegląd
Niezawodność działania i żywotność atransformatorjednak w dużej mierze zależą od zastosowanych materiałów izolacyjnych. Materiały izolacyjne, zwane również dielektrykami, to substancje o wysokiej rezystywności i niskiej przewodności. Materiałów izolacyjnych można używać do izolowania przewodów naładowanych lub o różnych potencjałach i umożliwiających przepływ prądu w określonym kierunku. W produktach transformatorowych materiały izolacyjne pełnią również rolę rozpraszania ciepła, chłodzenia, podparcia, utrwalania, gaszenia łuku, poprawy gradientu potencjału, odporności na wilgoć, pleśń i ochrony przewodów. Pod wpływem napięcia stałego przez materiał izolacyjny przepływa tylko niewielka ilość prądu. Jego rezystywność (odnosząca się do rezystywności objętościowej w powietrzu) jest stosunkowo wysoka, zwykle 108~1020Ω·cm (rezystywność przewodników wynosi 10-6~10-3Ω·cm, a rezystywność półprzewodników wynosi {{ 6}}~108Ω·cm).
Materiały izolacyjne charakteryzują się bardzo dużą odpornością na prąd stały. Ze względu na ich wysoką rezystywność, pod działaniem napięcia stałego, z wyjątkiem bardzo małego prądu upływu powierzchniowego, w rzeczywistości prawie nie przewodzą; podczas gdy dla prądu przemiennego mają pojemność. Przepływa przez niego prąd elektryczny i ogólnie uważa się, że nie przewodzi. Im większa rezystywność materiału izolacyjnego, tym lepsze są jego właściwości izolacyjne.
Materiały izolacyjne stosowane są w transformatorach w celu izolowania części przewodzących od siebie i od ziemi (potencjał zerowy). Stosowane w różnych podłożach powinny charakteryzować się także dobrymi właściwościami mechanicznymi. Ponadto materiały izolacyjne odgrywają również inne role, takie jak rozpraszanie ciepła, chłodzenie, utrwalanie, magazynowanie energii, gaszenie łuku, poprawianie gradientu potencjału, odporność na wilgoć, pleśń i ochrona przewodów.
Zazwyczaj materiały izolacyjne dzieli się na trzy kategorie:
1) Materiały izolacyjne gazowe: W normalnych temperaturach i ciśnieniach ogólnie suche gazy mają dobre właściwości izolacyjne, takie jak powietrze, azot, wodór, dwutlenek węgla, sześciofluorek siarki itp. Wśród nich w transformatorach stosuje się powietrze i sześciofluorek siarki. szeroko;
2) Płynny materiał izolacyjny: Płynny materiał izolacyjny zwykle występuje w postaci oleju, znanego również jako olej izolacyjny. Takich jak olej mineralny, olej roślinny, ester syntetyczny itp.;
3) Stałe materiały izolacyjne: takie jak farba izolacyjna, klej izolacyjny, papier izolacyjny, tektura izolacyjna, tektura falista, tworzywa sztuczne i folie elektryczne, laminaty elektryczne (pręty, rurki), lana żywica epoksydowa, porcelana elektryczna, guma, produkty z miki itp. .
Olej izolacyjny
Olej izolacyjny charakteryzuje się wysoką wytrzymałością elektryczną, wysokim wyładowaniem atmosferycznym, niską temperaturą zamarzania, wysoką wydajnością pod działaniem tlenu, wysoką temperaturą i silnym polem elektrycznym, nietoksycznym, niekorozyjnym, niską lepkością i dobrą płynnością. Jest szeroko stosowany w produktach elektrycznych, takich jak transformatory, przełączniki olejowe, kondensatory i kable. Pełni funkcję izolacyjną, chłodzącą, impregnującą i wypełniającą. Ponadto pełni także rolę gaszenia łuku w przełącznikach olejowych oraz magazynowania energii w kondensatorach.
Olej izolacyjny pełni w transformatorach podwójną rolę: izolacji i chłodzenia;
Oleje izolacyjne są obecnie ogólnie podzielone 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;
Żywica epoksydowa
Żywica epoksydowa jest związkiem polimerowym. Żywica charakteryzuje się stałym, półstałym lub quasi-stałym materiałem organicznym o niepewnej masie cząsteczkowej (zwykle wyższej), tendencji do płynięcia pod wpływem naprężenia i zwykle zakresie mięknienia lub topnienia, a przekrój ciała stałego jest często w kształcie muszli. Posiada następujące podstawowe cechy:
1) Łańcuch molekularny jest bardzo długi, każdy łańcuch zawiera setki, a nawet dziesiątki tysięcy atomów, które są ze sobą związane kowalencyjnie;
2) Długi łańcuch molekularny składa się z najmniejszej powtarzalnej jednostki, czyli ogniwa łańcucha. Liczba ogniw łańcucha w cząsteczce nazywana jest stopniem polimeryzacji;
3) Całkowita siła międzycząsteczkowa makrocząsteczek często przekracza siłę wiązania chemicznego między atomami w cząsteczce, co powoduje, że związek polimerowy wykazuje szereg cech: na przykład nie ma polimeru gazowego, proces rozpuszczania polimeru jest bardzo powolny itp. Jeśli istnieją wiązania krzyżowe pomiędzy cząsteczkami, ta cecha jest jeszcze bardziej wyjątkowa.
Żywica epoksydowa odnosi się do oligomeru zawierającego epoksydowe grupy funkcyjne. Żywica epoksydowa zaczęła pojawiać się w 1891 r. Po 1947 r. wiele firm w Stanach Zjednoczonych i Szwajcarii z sukcesem uprzemysłowiło i zsyntetyzowało żywicę epoksydową bisfenol A. Nasz kraj rozpoczął produkcję w 1956 roku.
Właściwości izolacji elektrycznej materiałów epoksydowych są szczególnie wyjątkowe. Bez wypełniaczy EB utwardzonego produktu jest wyższa niż 16MV/m, pV jest wyższa niż 1011Ω·m, εr wynosi 3 do 4, a tanδ wynosi około 0,002 przy częstotliwości sieciowej. Dlatego do izolacji elektrycznej i elektronicznej stosuje się 20% żywicy epoksydowej. Na przykład epoksydowa farba impregnująca jest stosowana jako farba izolacyjna klasy B do impregnacji uzwojeń stojana małych i średnich silników; farba epoksydowa niezawierająca rozpuszczalników stosowana jest do impregnacji próżniowej uzwojeń stojana dużych silników; laminaty (płyty, rury, pręty) stosowane są jako kliny szczelinowe i podkładki do silników oraz pręty napędowe rozłączników wysokiego napięcia; kleje służą do klejenia przepustów porcelanowych wysokiego napięcia; materiały odlewane służą do izolacji dysków w całkowicie zamkniętych połączonych urządzeniach elektrycznych (GIS) z sześciofluorkiem siarki. Elementy takie jak izolatory, transformatory i kondensatory ceramiczne wysokiego napięcia. Obecnie marki żywic epoksydowych produkowanych w kraju lub modyfikowanych żywic epoksydowych nadal nie są jednolite. Różni producenci żywic epoksydowych na całym świecie również noszą różne nazwy i muszą być identyfikowani za pomocą znaku towarowego.
Żywice epoksydowe są po prostu oligomerami i muszą zostać utwardzone przed użyciem. Utwardzacz może reagować z żywicą epoksydową, sieciując cząsteczki żywicy ze struktury liniowej do struktury liniowej. Akcelerator/katalizator to dodatek, który może zmniejszyć energię aktywacji reakcji i może wspomagać/regulować proces reakcji żelowej odlewu. Utwardzacz wykorzystuje zawarty w nim aktywny wodór do przeprowadzenia reakcji addycji z otwarciem pierścienia z aktywną grupą epoksydową w żywicy, aby osiągnąć utwardzenie. Aktywnym wodorem jest -NH2, -NH-, -C00H, -OH i -SH w środku utwardzającym lub przyspieszaczu. wodorowy. Powszechnie stosowane środki utwardzające obejmują aminy i bezwodniki kwasowe. Niektóre utwardzacze wymagają przyspieszaczy/katalizatorów, inne wymagają warunków w wysokiej temperaturze, a jeszcze inne mogą gwałtownie reagować w niskich temperaturach. Różnice w utwardzaczach doprowadzą również do ogromnych różnic we właściwościach utwardzanych produktów, co będzie miało znaczący wpływ na końcowe działanie produktu. Dlatego bardzo ważne jest zaprojektowanie i dobór utwardzaczy w systemach formuł żywicy epoksydowej.
Izolacja epoksydowa stosowana jest w transformatorach suchych i stanowi nowość na przestrzeni ostatnich 40 lat. Projektowana żywotność cewki transformatora ma osiągnąć 30 lat, a poziom odporności cieplnej osiąga poziom F. Zwykłym materiałom trudno jest sprostać wymaganiom.
W tym celu użyte materiały, ich formuły i procesy muszą być zaprojektowane, zoptymalizowane, przetestowane i zweryfikowane, aby uzyskać idealne wyniki. W transformatorach suchych izolowanych żywicą układ żywicy epoksydowej jest formowany przez odlewanie lub zanurzanie, a następnie utwardzany na gorąco w celu utworzenia izolacji cewki (tj. izolacji wzdłużnej). Podczas całej pracy transformatora suchego izolacja z żywicy epoksydowej musi również zapewniać izolację elektryczną cewek. i wytrzymałość mechaniczną oraz rozprasza ciepło wewnątrz cewki poprzez przewodzenie ciepła.
Jego największą słabością jest nieodwracalność i nienaprawialność defektów i uszkodzeń izolacji żywicznej (zwykle defekty powstają w procesie produkcyjnym, a uszkodzenia powstają w trakcie eksploatacji). Dlatego niezwykle ważne jest unikanie pęknięć izolacji stałej, wad odlewniczych i wyładowań niezupełnych (tj. wyładowań niezupełnych). Stało się kluczem do technologii produkcji solidnych izolacji i przedmiotem konkurencji między producentami.
Ze względu na duży wzrost temperatury spowodowany stratami podczas pracy transformatora, izolacja żywiczna pracuje w wysokich temperaturach przez długi czas (przykładowo maksymalna projektowana temperatura pracy transformatorów klasy F wynosi na ogół około 140 stopni), a transformator może znajdować się w wysokich temperaturach przed uruchomieniem i podczas konserwacji. Niska temperatura (np. -30 stopnia) i transformator będzie w dowolnym momencie narażony na uderzenie pioruna o wysokim napięciu lub uderzenie o dużej mocy elektrycznej podczas zwarcia. Cewki izolowane żywicą powinny być w stanie dostosować się do tych zmian i wytrzymywać uderzenia elektrodynamiczne zwarciowe w ekstremalnie wysokich i niskich temperaturach. Dlatego też w odniesieniu do właściwości termicznych, mechanicznych i elektrycznych systemu izolacji epoksydowej stawiane są niezwykle rygorystyczne wymagania.
Obecnie istnieją dwa systemy materiałów izolacyjnych do transformatorów odlewanych z żywicy, jeden to „odlew z czystej żywicy + wzmocnienie włóknem szklanym o wysokim współczynniku wypełnienia”, drugi to „odlew z żywicy kwarcowej w proszku + lokalne wzmocnienie wstępnie impregnowanej siatki szklanej”.
System izolacji (powszechnie nazywany konstrukcją izolacyjną) obejmuje szersze pole niż system materiałów izolacyjnych. Odnosi się do izolacji sprzętu elektrycznego (lub jego niezależnych elementów), w tym nie tylko materiałów izolacyjnych i ich kombinacji, ale także izolacji i przewodów. Lub związek między magnesami, związek z polami elektrycznymi, związek między izolacją a otaczającym środowiskiem (gaz lub ciecz i jego warunki, zanieczyszczenie powierzchni, warunki rozpraszania ciepła, siła mechaniczna lub skutki promieniowania itp.) itp. możliwość dostosowania do parametrów pracy systemu elektroenergetycznego. To dopasowanie izolacji. Warunki przepływu powietrza i rozpraszania ciepła, warunki naprężenia izolacji itp. w transformatorach suchych wchodzą w zakres systemu izolacji, który należy wziąć pod uwagę.
Papier izolacyjny
Papier z włókien roślinnych dzieli się na włókno drzewne, włókno bawełniane i włókno konopne. Wśród nich najczęściej stosowany jest papier z włókien z czystej celulozy siarczanowej. Jego surowcem jest drewno. Powszechnie stosowanym drewnem iglastym jest drewno Pinaceae, takie jak sosna żółta, sosna biała i sosna czerwona. Głównym składnikiem drewna, takiego jak jodła i sosna czerwona, jest celuloza, która jest naturalnym związkiem polimerowym. Metoda produkcji papieru izolacyjnego wykorzystuje metody chemiczne, takie jak metoda siarczanowa. W tej metodzie głównym składnikiem płynu do gotowania jest siarczek sodu (Na2S). Siarczek sodu ulega hydrolizie, w wyniku czego powstaje wodorosiarczek sodu i wodorotlenek sodu. Siarkowodór sodu może reagować z drewnem innym niż celuloza. Celuloza reaguje i rozpuszcza ją w roztworze alkalicznym. Płyn do gotowania jest stosunkowo łagodny, więc masa cząsteczkowa celulozy zmniejsza się bardzo nieznacznie. Powszechnie stosowane papiery izolacyjne z celulozy roślinnej w transformatorach obejmują: papier do kabli zasilających, papier do kabli wysokiego napięcia i papier do izolacji międzyzwojowej transformatora itp.
1) Papier do kabli: Papier do kabli jest wytwarzany z masy siarczanowej. Oceny to DL08, DL12 i DL17. Grubości wynoszą odpowiednio 0.08 mm, 0,12 mm i 0,17 mm. Dostarczany jest w rolkach. Po zaimpregnowaniu papieru kablowego olejem transformatorowym jego wytrzymałość mechaniczna i wytrzymałość elektryczna ulegną znacznej poprawie. Na przykład wytrzymałość elektryczna papieru na kable elektroenergetyczne w powietrzu wynosi 6 ~ 9 × 103 kV/m, a po wysuszeniu i impregnacji oleju transformatorowego jego wytrzymałość elektryczna osiąga 70 ~ 90 × 103 kV/m. Ma wystarczającą stabilność termiczną i jest zwykle stosowany jako izolacja uzwojeń i izolacja międzywarstwowa. Papier do kabli obejmuje również papier do kabli wysokiego napięcia, papier do kabli niskiego napięcia, papier do kabli o dużej gęstości i izolacyjny papier krepowy. Papier do kabli wysokiego napięcia nadaje się do transformatorów i transformatorów 110-330 kV, o niskiej wartości stycznej strat dielektrycznych; papier kablowy niskiego napięcia stosowany jest do izolacji kabli elektroenergetycznych i transformatorów lub innych wyrobów elektrycznych o napięciu 35 kV i niższym; Izolacyjny papier krepowy wykonany jest z papieru elektroizolacyjnego. Wykonany w procesie marszczenia, wzdłuż jego kierunku poprzecznego znajdują się zmarszczki, a po rozciągnięciu rozciąga się. Jest często używany do owijania izolacji transformatorów zanurzonych w oleju, na przykład do owijania izolacji głowic cewek, przewodów i urządzeń ekranujących elektrostatycznie; Papier kablowy o dużej gęstości jest również materiałem izolacyjnym. Rodzaj papieru krepowego, jego wytrzymałość elektryczna jest od 100% do 150% wyższa niż zwykłego papieru krepowego, a jego wytrzymałość mechaniczna jest o 50% wyższa. Ma wysoką wytrzymałość elektryczną, dobrą odporność na olej, dobrą elastyczność i jest łatwy do rozciągnięcia. Można ją stosować jako ołów zamiast lakierowanej taśmy płóciennej. oraz izolacja połączeń i zagięć przewodów.
2) Papier telefoniczny: Papier telefoniczny jest również wytwarzany z masy siarczanowej i jest powszechnie stosowany w kablach telefonicznych. Ma słabą wytrzymałość mechaniczną i jest powszechnie stosowany jako izolacja zwojów, izolacja warstwowa lub izolacja pokrywająca przewodów.
3) Papier kondensatorowy: Papier kondensatorowy dzieli się na klasę A i klasę B zgodnie z wymaganiami użytkowania. Papier kondensatorowy klasy A jest stosowany w metalizowanych kondensatorach dielektrycznych w przemyśle elektronicznym. Klasa B jest stosowana głównie jako dielektryk międzyelektrodowy kondensatorów mocy. Papier kondensatorowy charakteryzuje się dużą szczelnością i małą grubością. Ogólnie rzecz biorąc, papier kondensatorowy jest często używany do przekładników prądowych, a rzadziej do transformatorów.
4) Papier izolacyjny zwijany: Papier izolacyjny zwijany służy jako papier bazowy papieru samoprzylepnego. Papier samoprzylepny służy do nawinięcia cylindra izolacyjnego (rury) i tulei pojemnościowej. Jego cechą charakterystyczną jest to, że wysokość absorpcji wody jest większa niż w przypadku papieru kablowego i niższa niż w przypadku papieru impregnowanego. Papier. Papier gumowy dzielimy na klej jednostronny i dwustronny (żywica fenolowa lub epoksydowa), który utwardza się w niskiej temperaturze. Podczas zwijania rur papierowych lub prasowania produktów laminowanych klej zostaje ostatecznie utwardzony po podgrzaniu i ciśnieniu. , w rolce zazwyczaj używana jest taśma jednostronna, a w prasowanej płycie taśmowej używana jest taśma dwustronna. Ponadto istnieje papier samoprzylepny z kropkami rombowymi (papier samoprzylepny z kropkami), który służy do izolacji międzywarstwowej cewek nawiniętych folią zanurzoną w oleju. Po utwardzeniu zapewnia przyczepność pomiędzy izolacją oraz pomiędzy izolacją a folią, zwiększając jej wytrzymałość i dobrą przepuszczalność oleju.
Powszechnie stosowanymi papierami izolacyjnymi do transformatorów są papier kablowy, papier krepowy i papier w kropki w kształcie rombu, które są stosowane w transformatorach jako izolacja międzyzwojowa, izolacja międzywarstwowa, wiązanie ołowiane itp. Generalnie ceny różnych rodzajów papieru izolacyjnego kształtują się na poziomie około To samo. Będzie za duży, około 20 juanów/kg.