Rozwój i cechy techniczne suchotrasowych transformatorów w różnych regionach

Przed latami 60. XX wieku suche transformatory głównie wykorzystywały izolację klasy B w konstrukcjach z otwartą wentylacją, a model produktu oznaczony był jako SG. Wówczas foliowe wirowe nie były jeszcze dostępne, więc cewki niskiego napięcia były zwykle budowane z wieloprzewodowych przewodników w konfiguracji warstwowej lub spiralnej, podczas gdy cewki wysokiego napięcia przyjmowały konstrukcję typu dyskowego. Używane przewodniki były albo drutem owiniętym dwukrotnie włóknem szklanym, albo jednokrotnie owiniętym włóknem szklanym z powłoką lakieru alkydowego.

Większość innych elementów izolacyjnych była wykonana z materiałów fenolowo-włóknistych. Proces impregnacji polegał na użyciu lakieru izolacyjnego klasy B do impregnowania cewek wysokiego i niskiego napięcia w temperaturze pokojowej i ciśnieniu atmosferycznym, po czym nastąpiła suszka w temperaturze średniej (nie przekraczającej 130°C). Chociaż tego typu sucho transformator reprezentował znaczący postęp w odporności na pożar w porównaniu z transformatorami olejowymi, jego wydajność w zakresie odporności na wilgoć i zanieczyszczenia była niewystarczająca.

W związku z tym produkcja tego typu została zakończona. Mimo to pomyślne opracowanie obliczeń elektrycznych, magnetycznych i termicznych, a także układu konstrukcyjnego, położyło solidne podstawy dla późniejszego rozwoju nowych suchych transformatorów z otwartą wentylacją i izolacją klasy H.

W Stanach Zjednoczonych niektórzy producenci, tacy jak FPT Corporation w Wirginii, opracowali suche transformatory wykorzystujące materiał aramidowy NOMEX® firmy DuPont jako główny materiał izolacyjny. FPT oferuje dwa modele produktów: typ FB, z systemem izolacji ocenionym na 180°C (klasa H), oraz typ FH, oceniony na 220°C (klasa C), z podwyższeniem temperatury cewek odpowiednio 115K (125K w Chinach) i 150K. Cewki niskiego napięcia używają foliowych lub wieloprzewodowych wirowych, z izolacją między zwitkami i warstwami wykonaną z NOMEX®.

Cewki wysokiego napięcia są typu dyskowego, z przewodnikami owiniętymi papierem NOMEX®. Zamiast tradycyjnych bloków przestrzennych między dyskami cewek, stosowane są przegrody w kształcie grzebienia, co skutecznie zmniejsza o połowę maksymalne napięcie między dyskami i znacznie zwiększa odporność cewek wysokiego napięcia na krótce osiowe - choć to zwiększa złożoność wirowania i czas produkcji. Cewki wysokiego i niskiego napięcia są nawijane koncentrycznie, aby poprawić siłę mechaniczną. Niektóre konstrukcje również wykorzystują deski izolacyjne NOMEX® jako przegrody i bloki.

Cylindry izolacyjne między cewkami wysokiego i niskiego napięcia są wykonane z kartonu NOMEX® grubości 0,76 mm. Proces impregnacji obejmuje wiele cykli impregnacji próżniowej pod ciśnieniem (VPI), po której następuje suszka w wysokiej temperaturze (osiągając 180-190°C). W FPT te transformatory są produkowane z maksymalnym napięciem 34,5 kV i maksymalną mocą 10 000 kVA. Ta technologia otrzymała certyfikat UL w Stanach Zjednoczonych.

W Chinach niektórzy producenci transformatorów przyjęli materiały izolacyjne DuPont’s NOMEX® i odpowiednie specyfikacje produkcyjne (takie jak HV-1 lub HV-2) oraz techniczne standardy transformatorów Reliatran® do produkcji suchych transformatorów typu SG z izolacją klasy H, podobnie jak typ FB FPT. Jednak w odróżnieniu od FPT, krajowi producenci zazwyczaj impregnują tylko cewki, a nie całą konstrukcję transformatora. Choć pełna impregnacja zapewnia lepsze ogólne szczelność, jest mniej estetyczna i wymaga, aby wszystkie testy produktu były ukończone przed przeprowadzeniem procesu. Ponadto lakier impregnacyjny jest bardziej podatny na zanieczyszczenia, co czyni impregnację tylko cewek bardziej praktyczną i rozsądną opcją w chińskim kontekście.

W Europie rozwój suchych transformatorów przebiegał bardziej różnorodnie. Oprócz technologii próżniowego lepienia żywicą epoksydową i nawijania, pojawiły się inne typy, w tym nietopione transformatory z bryłową izolacją SCR i suche transformatory typu SG z otwartą wentylacją podobne do tych w Chinach. W latach 70. XX wieku szwedzki producent opracował suche transformatory z otwartą wentylacją wykorzystujące izolację NOMEX®. Później inny producent zastąpił NOMEX® włóknem szklanym i DMD, co zmniejszyło koszty materiałów.

Konstrukcja cewek przypominała wcześniejsze produkty z izolacją klasy B, z wieloprzewodowymi lub foliowymi cewkami niskiego napięcia i cewkami wysokiego napięcia typu dyskowego. Izolacja zwitkowa była wykonana z włókna szklanego, a przegrody były ceramiczne. Inne elementy izolacyjne wykorzystywały laminaty ze szkła modifikaowanego diphenyl ether resin (do cylindrów) lub laminaty ze szkła modifikaowanego poliamid-imid (do cylindrów), DMD, SMC i podobne materiały. Metoda przetwarzania cewek wykorzystywała VI (impregnację próżniową) bez zastosowania ciśnienia podczas impregnacji.

Kluczowe aspekty techniczne tego procesu obejmują właściwy wybór lakieru impregnacyjnego (żywicy) i parametrów procesu, a także produkcję części ceramicznych. Zwyczajne ceramiki są kruche, nieglazurowane, podatne na wilgoć i podatne na pękanie pod wpływem nierównomiernych naprężeń lub gradientów temperatury. Dlatego muszą posiadać bardzo wysoką gęstość i twardość - cechy, które obecnie można uzyskać tylko za pomocą materiałów importowanych.