Vývoj a technické charakteristiky suchých transformátorů v různých regionech

Před 60. lety 20. století byly suché transformátory převážně vybavovány izolací třídy B v otevřených ventilovaných konstrukcích, s označením modelu SG. V té době nebyly ještě k dispozici cívkové vinutí, takže nízkonapěťová vinutí byla obvykle sestavena z vícevláknových vodičů ve vrstveném nebo spirálovém uspořádání, zatímco vysokonapěťová vinutí měla diskový design. Použité vodiče byly buď dvojitě obalené skleněnou vlákennou drátem, nebo jednoduše obalené skleněnou vláknem s polyesterovým lakem.

Většina jiných izolačních komponent byla vyrobena z fenolických skleněných vláken. Impregnace probíhala použitím izolačního laků třídy B pro impregnaci vysokonapěťových a nízkonapěťových vinutí za pokojové teploty a tlaku, následovaná středně teplou sušením (s teplotou nesahající nad 130°C). I když tento typ suchého transformátoru představoval významný pokrok v odolnosti proti ohni oproti olejovým transformátorům, jeho výkonnost v odolnosti proti vlhkosti a znečištění byla nedostatečná.

Jako výsledek tohoto stavu bylo výroba tohoto typu ukončena. Nicméně, úspěšný návrh elektrických, magnetických a tepelných výpočtů spolu s konstrukčním rozvržením položil pevný základ pro následující vývoj nových suchých transformátorů s otevřenou ventilací a izolací třídy H.

Ve Spojených státech určité výrobce, jako je FPT Corporation ve Virginii, vyvinuly suché transformátory používající DuPontovu NOMEX® aramidovou látku jako hlavní izolaci. FPT nabízí dva modely produktů: typ FB s izolačním systémem hodnoceným na 180°C (třída H) a typ FH s hodnocením 220°C (třída C), s teplotními vzrůsty vinutí 115K (v Číně 125K) a 150K. Nízkonapěťová vinutí používají buď cívkové, nebo vícevláknové vrstvené vinutí, s mezioběžnicovou a mezivrstevnou izolací ze NOMEX®.

Vysokonapěťová vinutí jsou diskového typu, s vodiči obalenými NOMEX® papírem. Místo běžných mezidisčových bloků se používají hřebenovité mezerače, což efektivně snižuje špičkové napětí mezi disky a výrazně zvyšuje axiální krátkozávodní odolnost vysokonapěťových vinutí - i když to zvyšuje složitost vinutí a dobu výroby. Vysokonapěťová a nízkonapěťová vinutí jsou soustředně navinutá, aby byla zlepšena mechanická odolnost. Některé návrhy také zahrnují NOMEX® izolační desky jako mezerače a bloky.

Izolační válcové části mezi vysokonapěťovými a nízkonapěťovými vinutími jsou vyrobeny z NOMEX® papírového plechu o tloušťce 0,76 mm. Proces impregnace používá několik cyklů vakuumového tlakového nasávání (VPI) následovaného vysokoteplotním sušením (dosahující 180-190°C). U FPT jsou tyto transformátory vyráběny s maximálním napětím 34,5 kV a maximální kapacitou 10 000 kVA. Tato technologie získala certifikaci UL ve Spojených státech.

V Číně někteří výrobci transformátorů přijali DuPontovy NOMEX® izolační materiály a relevantní výrobní specifikace (např. HV-1 nebo HV-2) spolu s technickými standardy transformátorů Reliatran® pro výrobu suchých transformátorů třídy H s označením SG, podobně jako typ FB u FPT. Avšak na rozdíl od FPT domácí výrobci obvykle impregnují pouze vinutí, nikoli celou transformátorovou sadu. Ačkoli celková impregnace poskytuje lepší celkové uzavření, je méně esteticky působivá a vyžaduje, aby byly všechny testy produktu dokončeny před provedením této operace. Kromě toho je impregnovaný lak více náchylný k kontaminaci, což činí impregnaci pouze vinutí praktičtější a rozumnější volbou v čínském kontextu.

V Evropě se vývoj suchých transformátorů ubíral více diverzifikovanou cestou. Kromě epoxidové pryskyřice a vakuového lisování a vinutí se objevily i jiné typy, včetně SCR-typu nestupeňových solidních izolačních encapsulovaných transformátorů a SG-typu otevřeně ventilovaných suchých transformátorů podobných těm v Číně. V 70. letech vyvinul švédský výrobce otevřeně ventilované suché transformátory s NOMEX® izolací. Později další výrobce nahradil NOMEX® skleněnými vlákny a DMD, čímž byly sníženy náklady na materiál.

Konstrukce vinutí připomínala starší produkty s izolací třídy B, s vícevláknovými nebo cívkovými nízkonapěťovými vinutími a diskovými vysokonapěťovými vinutími. Mezioběžnicová izolace byla vyrobena ze skleněných vláken a mezerače byly keramické. Jiné izolační komponenty používaly modifikované diphenyl ether resinové skleněné plátno (pro válce) nebo modifikované polyamide-imidové laminované skleněné plátno (pro válce), DMD, SMC a podobné materiály. Metoda zpracování vinutí používala VI (vakuovou impregnaci) bez aplikace tlaku během impregnace.

Klíčové technické aspekty tohoto procesu zahrnují správnou volbu impregnovaného laků (resiny) a parametrů procesu, stejně jako výrobu keramických částí. Obecné keramiky jsou kruché, netřené, náchylné k vlhkosti a praskání při nerovnoměrném namáhání nebo teplotních gradientech. Proto musí mít velmi vysokou hustotu a tvrdost - vlastnosti, které jsou v současné době dosažitelné pouze pomocí importovaných materiálů.