Ontwikkeling en Technische Kenmerken van Droogtransformatoren in Verschillende Regio's

Voor de jaren zestig werden droogtransformatoren voornamelijk uitgerust met klasse B isolatie in open geventileerde ontwerpen, waarbij het productmodel werd aangeduid als SG. In die tijd waren foliewikkelingen nog niet beschikbaar, waardoor laagspanningsspoelen meestal werden vervaardigd met meerdraad geleiders in lagen- of spiraalconfiguraties, terwijl hoogspanningsspoelen een schijfachtig ontwerp hadden. De gebruikte geleiders bestonden uit dubbel glasvezel omwikkelde draden of enkel glasvezel omwikkelde draden met alkydhars coating.

De meeste andere isolatiecomponenten werden gemaakt van fenolische glasvezelmaterialen. Het impregneringsproces omvatte het gebruik van klasse B isolatievernis om de hoog- en laagspanningsspoelen bij kamertemperatuur en -druk te impregneren, gevolgd door drogen bij middelmatige temperatuur (met temperaturen die 130°C niet overschreden). Hoewel dit type droogtransformator een aanzienlijke verbetering vertegenwoordigde in brandveiligheid ten opzichte van oliegekoelde transformatoren, was de prestatie in termen van bestendigheid tegen vocht en verontreiniging ontoereikend.

Als gevolg hiervan is de productie van dit type gestaakt. Niettemin legde het succesvolle ontwerp van de elektrische, magnetische en thermische berekeningen, evenals de structuurindeling, een solide fundament voor de latere ontwikkeling van nieuwe klasse H geïsoleerde open geventileerde droogtransformatoren.

In de Verenigde Staten ontwikkelden bepaalde fabrikanten, zoals FPT Corporation in Virginia, droogtransformatoren met DuPont's NOMEX® aramideermateriaal als primaire isolatie. FPT biedt twee productmodellen aan: het FB-type, met een isolatiesysteem gerateerd op 180°C (klasse H), en het FH-type, gerateerd op 220°C (klasse C), met spoeltemperatuurstijgingen van 115K (125K in China) en 150K, respectievelijk. Laagspanningsspoelen gebruiken folie of meerdraad lagenwikkelingen, met winding-naar-winding en laag-naar-laag isolatie gemaakt van NOMEX®.

Hoogspanningsspoelen zijn van het schijf-type, met geleiders gewikkeld in NOMEX® papier. In plaats van conventionele tussenschotten tussen spoelschijven worden kamvormige tussenschotten gebruikt, wat effectief de piekspanning tussen de schijven halveert en de axiale kortsluitsterkte van de hoogspanningsspoelen aanzienlijk verhoogt — hoewel dit de wikkellingscomplexiteit en de productietijd vergroot. De hoog- en laagspanningsspoelen zijn concentrisch gewikkeld om de mechanische sterkte te verbeteren. Sommige ontwerpen maken ook gebruik van NOMEX® isolatieplaten als tussenschotten en blokken.

De isolatiecilinders tussen de hoog- en laagspanningswikkelingen zijn gemaakt van 0,76 mm dik NOMEX® papierkarton. Het impregneringsproces maakt gebruik van meerdere cycli van vacuüm-drukimpregnering (VPI) gevolgd door drogen bij hoge temperatuur (bereikend 180–190°C). Bij FPT worden deze transformatoren geproduceerd met een maximale spanning van 34,5 kV en een maximale capaciteit van 10.000 kVA. Deze technologie heeft UL-certificering ontvangen in de Verenigde Staten.

In China hebben sommige transformatorfabrikanten DuPont's NOMEX® isolatiematerialen en relevante productiespecificaties (zoals HV-1 of HV-2) evenals Reliatran® transformatortechnische normen overgenomen om klasse H geïsoleerde SG-type droogtransformatoren te produceren, vergelijkbaar met FPT's FB-type. Echter, in tegenstelling tot FPT, impregneren binnenlandse fabrikanten doorgaans alleen de spoelen in plaats van de hele transformatorunit. Hoewel volledige unitimpregnatie betere algemene afsluiting biedt, is het minder visueel aantrekkelijk en vereist het dat alle producttests voltooid zijn voordat de behandeling wordt toegepast. Bovendien is de impregneringsvernis gevoeliger voor besmetting, waardoor spoel-alleen impregnatie een meer praktische en redelijke keuze is in de Chinese context.

In Europa heeft de ontwikkeling van droogtransformatoren een meer divers pad genomen. Naast epoxyhars vacuümgieten en wikkeltechnologieën, zijn andere types ontstaan, waaronder SCR-type niet-gestolde solide-geïsoleerde ingekapselde transformatoren en SG-type open geventileerde droogtransformatoren vergelijkbaar met die in China. In de jaren zeventig ontwikkelde een Zweedse fabrikant open geventileerde droogtransformatoren met NOMEX® isolatie. Later verving een andere fabrikant NOMEX® door glasvezel en DMD, waarmee de materiaalkosten werden verlaagd.

De spoelstructuur leek op vroegere klasse B geïsoleerde producten, met meerdraad of foliewikkelde laagspanningsspoelen en schijfachtige hoogspanningsspoelen. Draaiisolatie werd gemaakt van glasvezel, en tussenschotten waren van keramiek. Andere isolatiecomponenten gebruikten gemodificeerde difenyyletherhars glaskleur laminate (voor cilinders) of gemodificeerde polyamide-imide gelamineerde glaskleur platen (voor cilinders), DMD, SMC, en soortgelijke materialen. De spoelbewerkingstechniek maakte gebruik van VI (vacuümimpregnering) zonder druktoepassing tijdens de impregnering.

Belangrijke technische aspecten van dit proces omvatten de juiste selectie van impregneringsvernis (harz) en procesparameters, evenals de productie van keramische onderdelen. Gewone keramiek is bros, ongeglazuurd, vatbaar voor vocht en geneigd tot barsten onder oneven stress of temperatuurgradiënten. Daarom moeten ze uiterst hoge dichtheid en hardheid bezitten — eigenschappen die momenteel alleen kunnen worden bereikt met geïmporteerde materialen.