Ανάπτυξη και Τεχνικές Χαρακτηριστικές Ξηρών Μετατροπείς σε Διάφορες Περιοχές

Πριν τη δεκαετία του 1960, οι ξηροί μετασχηματιστές χρησιμοποιούσαν κυρίως την τάξη B απομόνωσης σε σχέδια με ανοιχτή αεροθερμοκρασία, με το είδος προϊόντος να συμβολίζεται ως SG. Εκείνη την εποχή, τα πλαίνια δεν ήταν ακόμη διαθέσιμα, οπότε οι κατώτερης τάσης κατασκευαστήκαν γενικά με πολυσχεδιακούς ηγωντές σε επίπεδες ή σπειροειδείς διατάξεις, ενώ οι υψηλής τάσης είχαν μορφή δίσκου. Οι χρησιμοποιούμενοι ηγωντές ήταν είτε διπλώματα γυαλινού φιβρού ή μονώματα γυαλινού φιβρού με επιβάλλουσα βαφή αλκυδικής.

Οι περισσότερες άλλες συστατικές της απομόνωσης ήταν από φαινολικά υλικά γυαλινού φιβρού. Η διαδικασία εμποτισμού περιελάμβανε τη χρήση βαφής απομόνωσης τάξης B για τον εμποτισμό των κατώτερης και υψηλής τάσης κατά την θερμοκρασία και την πίεση της ατμόσφαιρας, ακολουθούμενη από μεσαία θερμοκρασία στεγνώνεια (με θερμοκρασίες που δεν ξεπερνούσαν τα 130°C). Αν και αυτός ο τύπος ξηρού μετασχηματιστή αντιπροσώπευε μεγάλη βελτίωση στην αντοχή στην πυρ σε σύγκριση με τους εμβαφείς σε πετρέλαιο, η απόδοσή του σε ό,τι αφορά την αντοχή σε υγρασία και ρύπανση ήταν ανεπαρκής.

Ως αποτέλεσμα, η παραγωγή αυτού του τύπου έχει σταματήσει. Ωστόσο, η επιτυχής σχεδίαση των ηλεκτρικών, μαγνητικών και θερμικών υπολογισμών, καθώς και της δομικής διάταξης, ίδρυσε ένα στέρεο θεμέλιο για την επόμενη ανάπτυξη νέων ξηρών μετασχηματιστών με ανοιχτή αεροθερμοκρασία και απομόνωση τάξης H.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, κάποιοι κατασκευαστές, όπως η FPT Corporation στη Βιρτζίνια, ανέπτυξαν ξηρούς μετασχηματιστές χρησιμοποιώντας ως κύριο υλικό απομόνωσης το NOMEX® aramid υλικό της DuPont. Η FPT προσφέρει δύο είδη προϊόντων: τον τύπο FB, με σύστημα απομόνωσης βαθμολογιασμένο σε 180°C (τάξη H), και τον τύπο FH, βαθμολογιασμένο σε 220°C (τάξη C), με θερμοκρασιακές ανεγέρσεις των κατώτερης και υψηλής τάσης στα 115K (125K στην Κίνα) και 150K αντίστοιχα. Οι κατώτερης τάσης χρησιμοποιούν είτε πλαίνια είτε πολυσχεδιακά επίπεδα περίστροφη, με την απομόνωση ανά τουρνο και επίπεδο να γίνεται με NOMEX®.

Οι υψηλής τάσης είναι τύπου δίσκου, με τους ηγωντές να είναι περιβαλμένοι με χαρτί NOMEX®. Αντί για τυπικά διαχωριστικά μπλοκ μεταξύ δίσκων κατώλιου, χρησιμοποιούνται διαχωριστικά σε μορφή καμπάνας, που μειώνουν αποτελεσματικά την κορυφαία τάση μεταξύ δίσκων και βελτιώνουν σημαντικά την αξονική αντοχή σε σύντομη σύνδεση των υψηλής τάσης κατώλιων — αν και αυτό αυξάνει την περιπλοκότητα και τον χρόνο κατασκευής. Οι κατώτερης και υψηλής τάσης είναι συνκεντρικά επιτεταμένα για τη βελτίωση της μηχανικής αντοχής. Μερικά σχεδιασμοί ενσωματώνουν επίσης διαχωριστικά και μπλοκ από NOMEX®.

Τα απομονωτικά κύλινδρα μεταξύ των κατώτερης και υψηλής τάσης κατασκευάζονται από χαρτοντί NOMEX® 0,76 mm πάχους. Η διαδικασία εμποτισμού χρησιμοποιεί πολλαπλά κύκλους θετικής πίεσης σε κενό (VPI) ακολουθούμενη από υψηλή θερμοκρασία στεγνώνεια (φτάνοντας στα 180–190°C). Στη FPT, αυτοί οι μετασχηματιστές κατασκευάζονται με μέγιστη τάση 34.5 kV και μέγιστη ισχύ 10.000 kVA. Αυτή η τεχνολογία έχει λάβει πιστοποίηση UL στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Στην Κίνα, κάποιοι κατασκευαστές μετασχηματιστών έχουν υιοθετήσει τα υλικά απομόνωσης NOMEX® της DuPont και τις σχετικές προδιαγραφές κατασκευής (όπως HV-1 ή HV-2) καθώς και τις τεχνικές προδιαγραφές Reliatran® για την παραγωγή ξηρών μετασχηματιστών τύπου SG με απομόνωση τάξης H, παρόμοιους με τον τύπο FB της FPT. Ωστόσο, σε αντίθεση με τη FPT, οι εγχώριοι κατασκευαστές εμποτίζουν γενικά μόνο τα κατώλια και όχι την ολόκληρη συσκευή. Ενώ ο εμποτισμός της ολόκληρης της συσκευής παρέχει καλύτερη συνολική σφραγίστρα, είναι λιγότερο ελκυστικός οπτικά και απαιτεί την ολοκλήρωση όλων των δοκιμών πριν από την επεξεργασία. Επιπλέον, η βαφή εμποτισμού είναι πιο ευάλωτη σε ρύπανση, κάνοντας τον εμποτισμό μόνο των κατώλιων πιο πρακτική και λογική επιλογή στο κινεζικό πλαίσιο.

Στην Ευρώπη, η ανάπτυξη των ξηρών μετασχηματιστών έχει ακολουθήσει πιο ποικίλες διαδρομές. Εκτός από την επιστολή εποξυδικών υλικών σε κενό και την τεχνολογία περίστροφης, έχουν εμφανιστεί και άλλοι τύποι, όπως οι μη εποξυδικοί στερεοί απομονωμένοι SCR-τύποι και οι ξηροί μετασχηματιστές με ανοιχτή αεροθερμοκρασία τύπου SG, παρόμοιοι με εκείνους στην Κίνα. Τη δεκαετία του 1970, ένας σουηδικός κατασκευαστής ανέπτυξε ξηρούς μετασχηματιστές με ανοιχτή αεροθερμοκρασία χρησιμοποιώντας απομόνωση NOMEX®. Αργότερα, ένας άλλος κατασκευαστής αντικατέστησε το NOMEX® με γυαλινό φιβρό και DMD, μειώνοντας το κόστος υλικών.

Η δομή των κατώλιων ήταν παρόμοια με τα πρώιμα προϊόντα με απομόνωση τάξης B, με πολυσχεδιακά ή πλαίνια κατώτερης τάσης και δίσκους υψηλής τάσης. Η απομόνωση τουρνού ήταν από γυαλινό φιβρό, και τα διαχωριστικά ήταν κεραμικά. Άλλα συστατικά απομόνωσης χρησιμοποιούσαν τροποποιημένα υλικά λάμινα φυσικού ειδώδους υλικού (για κύλινδρους) ή τροποποιημένα λάμινα πολυαμίδης-ιμίδης (για κύλινδρους), DMD, SMC και παρόμοια υλικά. Η μέθοδος επεξεργασίας των κατώλιων χρησιμοποίησε VI (εμποτισμό σε κενό) χωρίς εφαρμογή πίεσης κατά τη διάρκεια του εμποτισμού.

Κλειδί τεχνικά στοιχεία αυτής της διαδικασίας περιλαμβάνουν την κατάλληλη επιλογή της βαφής εμποτισμού (εποξυδικού) και των παραμέτρων διαδικασίας, καθώς και την παραγωγή κεραμικών εντάξεων. Τα κανονικά κεραμικά είναι τραχύτερα, ανεπικαλυμμένα, ευάλωτα στην υγρασία και εύκολα σπάνε υπό ανομοιογένεια στρες ή θερμοκρασιακά διαστήματα. Έτσι, πρέπει να έχουν πολύ υψηλή πυκνότητα και σκληρότητα — ιδιότητες που είναι προς το παρόν επιτεύξιμες μόνο με εισαγόμενα υλικά.