Развитие и технически характеристики на сухите трансформатори в различни региони

Преди 1960-те години, сухите трансформатори в основният си брой използваха изолация от клас B в конструкции с отворено вентилиране, а моделът на продукта беше обозначен като SG. По това време фолиевите намотки още не бяха налични, така че нисковолтовите спирали обикновено се изграждаха с многожилни проводници в слоиста или спирална конфигурация, докато високоволтовите спирали приеха дископодобен дизайн. Използваните проводници бяха или двойно обвити със стъклопласт или единично обвити с алкидна емайловата покривка.

Повечето други компоненти на изолацията се правеха от фенолен стъклопласт. Процесът на пропитване включваше използване на лак за изолация от клас B за пропитване на високоволтовите и нисковолтовите спирали при нормална температура и налягане, след което се осъществяваше съхнене при средна температура (до 130°C). Въпреки че този тип сух трансформатор представляваше значително подобрение в огнестойкостта в сравнение с маслоизолираните трансформатори, неговата производителност по отношение на устойчивостта към влага и замърсяване беше недостатъчна.

В резултат на това производството на този тип беше прекратено. Все пак, успешната конструкция на неговите електрически, магнитни и термични изчисления, както и конструктивната му разположба, положиха здрав фундамент за последващото развитие на нови трансформатори с изолация от клас H и отворено вентилиране.

В САЩ определени производители, като FPT Corporation във Вирджиния, разработиха сухи трансформатори, използвайки DuPont's NOMEX® арамиден материал като основна изолация. FPT предлага два модела на продукти: типа FB, с изолационна система с оценка 180°C (клас H), и типа FH, с оценка 220°C (клас C), с температурни повишения на спиралите 115K (125K в Китай) и 150K, съответно. Нисковолтовите спирали използват или фолиеви или многослойни намотки, с изолация между витките и слоевете, направена от NOMEX®.

Високоволтовите спирали са дископодобни, с проводници, обвити в хартия от NOMEX®. Вместо традиционни разделителни блокове между дисковете на спиралите, се използват гребеновидни разделители, които ефективно разделят върховното напрежение между дисковете и значително увеличават радиалната краткосрочна устойчивост на високоволтовите спирали - въпреки че това увеличава сложността на намотката и времето за производство. Високоволтовите и нисковолтовите спирали са намотени концентрично, за да се подобри механичната устойчивост. Някои дизайни също инкорпорират изолационни плочи и блокове от NOMEX®.

Изолационните цилиндри между високоволтовите и нисковолтовите намотки са направени от хартиена плоча от NOMEX® с дебелина 0,76 мм. Процесът на пропитване използва многократни цикли на вакуумно-наляганческо пропитване (VPI), последвани от съхнене при висока температура (до 180–190°C). В FPT тези трансформатори се произвеждат с максимална напрежение до 34,5 kV и максимална мощност 10,000 kVA. Тази технология е сертифицирана от UL в САЩ.

В Китай, някои производители на трансформатори са приели материали за изолация и свързани производствени спецификации (като HV-1 или HV-2) на DuPont’s NOMEX®, както и технически стандарти на Reliatran® за производство на трансформатори с изолация от клас H, тип SG, аналогични на типа FB на FPT. Но, в отличие от FPT, домакинските производители обикновено пропитват само спирали, а не цялата сборка на трансформатора. Въпреки че пропитването на цялото тяло предоставя по-добро общо затваряне, то е по-малко визуално привлекателно и изисква всички тестове на продукта да са завършени преди обработката. Освен това лакът за пропитване е по-склонен към замърсяване, което прави пропитването само на спирали по-практично и разумно решение в китайски контекст.

В Европа, развитието на сухите трансформатори е взело по-различен път. Освен епоксидните смоли, вакуумното формиране и технологии за намотка, се появиха и други видове, включително SCR-тип непресечен твърд изолиран капсулиран трансформатор и SG-тип сух трансформатор с отворено вентилиране, подобен на този в Китай. През 1970-те години, шведски производител разработи сух трансформатор с отворено вентилиране, използвайки изолация от NOMEX®. По-късно, друг производител замести NOMEX® със стъклопласт и DMD, намалявайки цената на материалите.

Структурата на спирали приличаше на ранните продукти с изолация от клас B, с многожилни или фолиеви намотки на нисковолтовите спирали и дископодобни високоволтови спирали. Изолацията между витките беше направена от стъклопласт, а разделителите бяха керамични. Другите компоненти на изолацията използваха модифицирани дифенилови етерни смоли, стъклопластови плочки (за цилиндри) или модифицирани полиамид-имида, ламинирани със стъклопласт (за цилиндри), DMD, SMC и подобни материали. Методът на обработка на спирали използваше VI (вакуумно пропитване) без прилагане на налягане по време на пропитването.

Ключовите технически аспекти на този процес включват правилния избор на лак (смола) за пропитване и параметрите на процеса, както и производството на керамични части. Обикновените керамики са хрупки, неосмалени, чувствителни към влага и склонни към пукане при неравномерно напрежение или термични градиенти. Затова те трябва да имат много висока плътност и твърдост - качества, които в момента могат да се постигнат само чрез износуване на материали.