Entwicklung und technische Merkmale von Trockentransformatoren in verschiedenen Regionen

Vor den 1960er Jahren verwendeten trockengelegte Transformatoren hauptsächlich Isolierung der Klasse B in offenen Lüftungsdesigns, wobei das Produktmodell als SG bezeichnet wurde. Zu dieser Zeit waren Folienwicklungen noch nicht verfügbar, daher wurden Niederspannungsspulen in der Regel mit mehradrigen Leitern in Schicht- oder Spiralkonfigurationen hergestellt, während Hochspannungsspulen ein Scheibenentwurf aufwiesen. Als Leiter wurden entweder doppelt glasfaserverstärkte Drähte oder einfache glasfaserverstärkte Drähte mit Alkydharzlack verwendet.

Die meisten anderen Isolationskomponenten bestanden aus Phenolglasfasermaterialien. Der Imprägnierungsprozess umfasste die Verwendung von Imprägnierharz der Klasse B, um die Hoch- und Niederspannungsspulen bei Raumtemperatur und -druck zu imprägnieren, gefolgt von einer Mitteltemperaturtrocknung (bei Temperaturen, die 130°C nicht überschreiten). Obwohl diese Art von trockengelegten Transformator eine erhebliche Verbesserung im Brandverhalten gegenüber ölgefüllten Transformatoren darstellte, war ihre Leistung in Bezug auf Feuchtigkeitsschutz und Verschmutzungswiderstand unzureichend.

Als Ergebnis wurde die Produktion dieses Typs eingestellt. Dennoch legten die erfolgreichen Entwürfe der elektrischen, magnetischen und thermischen Berechnungen sowie des Strukturlayouts einen soliden Grundstein für die spätere Entwicklung neuer trockengelegter Transformatoren mit Isolierung der Klasse H und offener Lüftung.

In den USA entwickelten bestimmte Hersteller, wie die FPT Corporation in Virginia, trockengelegte Transformatoren, die DuPonts NOMEX®-Aramidmaterial als Hauptisolierung verwendeten. FPT bietet zwei Produktmodelle an: den FB-Typ mit einem Isolierungssystem, das für 180°C (Klasse H) ausgelegt ist, und den FH-Typ, der für 220°C (Klasse C) ausgelegt ist, mit Spulentermperaturen von 115K (in China 125K) und 150K. Niederspannungsspulen verwenden entweder Folien- oder mehradrige Schichtwicklungen, wobei die Umlagen- und Schichtenisolation aus NOMEX® besteht.

Hochspannungsspulen sind vom Scheibentyp, wobei die Leiter in NOMEX®-Papier eingeschlossen sind. Anstelle von herkömmlichen Abstandshaltern zwischen den Spulenscheiben werden Kammförmige Abstandhalter verwendet, die den Spannungsspitzenwert zwischen den Scheiben effektiv halbieren und die axiale Kurzschlussfestigkeit der Hochspannungsspulen erheblich verbessern, obwohl dies die Wicklungskomplexität und die Fertigungszeit erhöht. Die Hoch- und Niederspannungsspulen sind konzentrisch gewickelt, um die mechanische Festigkeit zu verbessern. In manchen Entwürfen werden auch NOMEX®-Isolationsplatten als Abstandhalter und Blöcke verwendet.

Die Isolationszylinder zwischen den Hoch- und Niederspannungswicklungen bestehen aus 0,76 mm dickem NOMEX®-Pappkarton. Der Imprägnierungsprozess umfasst mehrere Zyklen der Vakuumdruckimprägnierung (VPI), gefolgt von einer Hochtemperaturtrocknung (bis zu 180–190°C). Bei FPT werden diese Transformatoren mit einer maximalen Spannung von 34,5 kV und einer maximalen Kapazität von 10.000 kVA hergestellt. Diese Technologie erhielt in den USA die UL-Zertifizierung.

In China haben einige Transformatorhersteller DuPonts NOMEX®-Isolierungsmaterialien und relevante Herstellungsspezifikationen (wie HV-1 oder HV-2) sowie Reliatran®-Transformator-Technikstandards übernommen, um trockengelegte Transformatoren des Typs SG mit Isolierung der Klasse H herzustellen, ähnlich dem FB-Typ von FPT. Allerdings unterscheiden sich die inländischen Hersteller von FPT dadurch, dass sie nur die Spulen imprägnieren, anstatt die gesamte Transformatoranordnung. Obwohl eine vollständige Imprägnierung eine bessere Gesamtversiegelung bietet, ist sie weniger ästhetisch ansprechend und erfordert, dass alle Produkttests vor der Behandlung abgeschlossen sind. Darüber hinaus ist das Imprägnierharz anfälliger für Verunreinigungen, was die Imprägnierung nur der Spulen in chinesischem Kontext praktischer und vernünftiger macht.

In Europa hat sich die Entwicklung trockengelegter Transformatoren diverser gestaltet. Neben Epoxyharz-Vakuumguss- und Wickeltechnologien sind andere Arten entstanden, einschließlich SCR-Typ nicht gegossener fest isolierter umhüllter Transformatoren und SG-Typ offener Lüftung trockengelegter Transformatoren, ähnlich denen in China. In den 1970er Jahren entwickelte ein schwedischer Hersteller trockengelegte Transformatoren mit offener Lüftung und NOMEX®-Isolierung. Später ersetzte ein anderer Hersteller NOMEX® durch Glasfaser und DMD, um die Materialkosten zu senken.

Die Spulenstruktur ähnelte frühen Produkten mit Isolierung der Klasse B, mit mehradrigen oder folienumwickelten Niederspannungsspulen und scheibenförmigen Hochspannungsspulen. Die Umlagenisolation bestand aus Glasfaser, und die Abstandhalter waren keramisch. Andere Isolationskomponenten nutzten modifizierte Diphenyletherharz-Glasstofflaminat (für Zylinder) oder modifizierte Polyamid-Imid-Laminat-Glasstoffplatten (für Zylinder), DMD, SMC und ähnliche Materialien. Die Spulenbearbeitungsmethode verwendete VI (Vakuumbeguss) ohne Druckanwendung während der Imprägnierung.

Wesentliche technische Aspekte dieses Prozesses umfassen die richtige Auswahl des Imprägnierharzes (Harzes) und der Prozessparameter sowie die Herstellung von Keramikteilen. Gewöhnliche Keramiken sind spröde, ungeglasiert, feuchtigkeitsanfällig und neigen unter ungleichmäßigen Spannungen oder Wärmegradienten zum Rissbildung. Daher müssen sie sehr hohe Dichte und Härte aufweisen, Eigenschaften, die derzeit nur durch importierte Materialien erreicht werden können.