توسعه و ویژگیهای فنی ترانسفورماتورهای خشک در مناطق مختلف
پیش از دهه ۱۹۶۰، ترانسفورماتورهای خشک عمدتاً از عایقبندی کلاس B در طراحیهای با تهویه آزاد استفاده میکردند و مدل محصول آنها SG نامیده میشد. در آن زمان، پیچههای فولادی در دسترس نبودند، بنابراین پیچههای ولتاژ پایین معمولاً با رساناهاي چند سیمی در ساختارهای لایهای یا مارپیچی ساخته میشدند، در حالی که پیچههای ولتاژ بالا طراحی دیسکی داشتند. رساناهای استفاده شده یا سیمهای پوشیده شده با لایه دوگانه فیبر شیشهای بودند یا سیمهای پوشیده شده با لایه تک فیبر شیشهای با پوشش رزین آلیاف.
بیشتر مؤلفههای عایقبندی دیگر از مواد فنولی فیبر شیشهای ساخته شده بودند. فرآیند تشریح شامل استفاده از ورنیس عایقبندی کلاس B برای تشریح پیچههای ولتاژ بالا و پایین در دمای محیط و فشار معمولی بود، که بعد از آن خشک کردن در دمای متوسط (با دماهایی کمتر از ۱۳۰ درجه سانتیگراد) صورت میگرفت. در حالی که این نوع ترانسفورماتور خشک نسبت به ترانسفورماتورهای غوطهور در روغن، پیشرفت قابل توجهی در مقاومت در برابر آتش داشت، عملکرد آن در مقاومت در برابر رطوبت و آلودگی کافی نبود.
به عنوان نتیجه، تولید این نوع متوقف شده است. با این حال، طراحی موفقیتآمیز محاسبات الکتریکی، مغناطیسی و حرارتی آن همراه با طرح ساختاری، پایهای محکم برای توسعه ترانسفورماتورهای خشک با عایقبندی کلاس H و با تهویه آزاد فراهم کرد.
در ایالات متحده، برخی سازندگان، مانند شرکت FPT در ویرجینیا، ترانسفورماتورهای خشک را با استفاده از ماده آرامید NOMEX® شرکت DuPont به عنوان عایقبندی اصلی توسعه دادند. FPT دو مدل محصول ارائه میدهد: نوع FB با سیستم عایقبندی رتبهبندی شده ۱۸۰ درجه سانتیگراد (کلاس H) و نوع FH با رتبهبندی ۲۲۰ درجه سانتیگراد (کلاس C)، با افزایش دماهای پیچهای ۱۱۵K (۱۲۵K در چین) و ۱۵۰K، به ترتیب. پیچههای ولتاژ پایین از پیچههای فولادی یا چند سیمی لایهای استفاده میکنند، با عایقبندی بین دور به دور و لایه به لایه از NOMEX®.
پیچههای ولتاژ بالا از نوع دیسکی هستند، با رساناهای پوشیده شده با کاغذ NOMEX®. به جای بلاکهای جداکننده معمولی بین دیسکهای پیچه، از جداکنندههای شکل مش با استفاده میشود، که به تأثیر کاهش نصف ولتاژ اوج بین دیسکها و به طور قابل توجهی افزایش قدرت کوتاهمداری محوری پیچههای ولتاژ بالا منجر میشود — اگرچه این امر پیچیدگی پیچش و زمان تولید را افزایش میدهد. پیچههای ولتاژ بالا و پایین به صورت همنواخت پیچیده میشوند تا قدرت مکانیکی را بهبود بخشند. برخی از طراحیها همچنین از صفحات عایقبندی NOMEX® به عنوان جداکنندهها و بلاکها استفاده میکنند.
استوانههای عایقبندی بین پیچههای ولتاژ بالا و پایین از کاغذبرد NOMEX® با ضخامت ۰.۷۶ میلیمتر ساخته شدهاند. فرآیند تشریح شامل چندین چرخه تشریح تحت فشار خلاء (VPI) و خشک کردن در دمای بالا (میرسد به ۱۸۰–۱۹۰ درجه سانتیگراد) است. در FPT، این ترانسفورماتورها با حداکثر ولتاژ ۳۴.۵ kV و ظرفیت حداکثری ۱۰,۰۰۰ kVA تولید میشوند. این فناوری در ایالات متحده مجوز UL دریافت کرده است.
در چین، برخی سازندگان ترانسفورماتور از مواد عایقبندی NOMEX® شرکت DuPont و مشخصات تولید مرتبط (مانند HV-1 یا HV-2) همراه با استانداردهای فنی ترانسفورماتور Reliatran® برای تولید ترانسفورماتورهای خشک با عایقبندی کلاس H و مدل SG، مشابه نوع FB شرکت FPT استفاده میکنند. با این حال، برخلاف FPT، سازندگان داخلی معمولاً فقط پیچهها را تشریح میکنند و نه کل ترانسفورماتور. اگرچه تشریح کامل بدن ترانسفورماتور ایجاد ختمسازی بهتری فراهم میکند، اما جذابیت بصری کمتری دارد و نیاز به انجام تمام آزمونهای محصول قبل از درمان دارد. علاوه بر این، ورنیس تشریحی بیشتر معرض آلودگی است، که تشریح تنها پیچهها را در زمینه چینی یک انتخاب عملیتر و منطقیتر میکند.
در اروپا، توسعه ترانسفورماتورهای خشک مسیر متنوعتری را طی کرده است. علاوه بر تکنولوژیهای ریزش و پیچش رزین اپوکسی تحت فشار خلاء، انواع دیگری نیز ظاهر شدهاند، از جمله ترانسفورماتورهای عایقبندی جامد غیرریخته SCR-نوع و ترانسفورماتورهای خشک با تهویه آزاد مدل SG مشابه آنهایی که در چین وجود دارد. در دهه ۱۹۷۰، یک سازنده سوئدی ترانسفورماتورهای خشک با تهویه آزاد با استفاده از عایقبندی NOMEX® توسعه داد. بعداً، یک سازنده دیگر NOMEX® را با فیبر شیشهای و DMD جایگزین کرد که هزینه مواد را کاهش داد.
ساختار پیچه شبیه محصولات عایقبندی کلاس B اولیه بود، با پیچههای ولتاژ پایین چند سیمی یا فولادی و پیچههای ولتاژ بالا از نوع دیسکی. عایقبندی دور با فیبر شیشهای و جداکنندهها با سرامیک ساخته شده بود. سایر مؤلفههای عایقبندی از لایههای پارچه شیشهای رزین دیفنیل اتر تغییر یافته (برای استوانهها) یا لایههای پارچه شیشهای پلیآمید-ایمید تغییر یافته (برای استوانهها)، DMD، SMC و مواد مشابه استفاده میکرد. روش پردازش پیچه VI (تشریح تحت فشار خلاء) بدون اعمال فشار در زمان تشریح بود.
نقاط کلیدی این فرآیند شامل انتخاب صحیح ورنیس (رزین) تشریح و پارامترهای فرآیند، همچنین تولید قطعات سرامیکی است. سرامیکهای معمولی خشک، بدون آغشته، مستعد رطوبت و شکست در برابر تنشهای نامساوی یا گرادیانهای حرارتی هستند. بنابراین، باید دارای چگالی و سختی بسیار بالا باشند — کیفیتهایی که در حال حاضر فقط از طریق مواد وارداتی قابل دستیابی هستند.
