Разработка и технические характеристики сухих трансформаторов в различных регионах

До 1960-х годов сухие трансформаторы в основном использовали изоляцию класса B в открытых вентилируемых конструкциях, а модель продукта обозначалась как SG. В то время фольговые обмотки еще не были доступны, поэтому низковольтные катушки обычно изготавливались из многожильных проводников в слоистой или спиральной конфигурации, а высоковольтные катушки имели дисковую конструкцию. В качестве проводников использовались либо дважды обернутые стекловолокном провода, либо однажды обернутые стекловолокном провода с покрытием алкидной смолой.

Большинство других изоляционных компонентов изготавливались из фенольного стекловолокна. Процесс пропитки включал использование изоляционного лака класса B для пропитки высоковольтных и низковольтных катушек при комнатной температуре и давлении, после чего следовало среднетемпературное сушение (температура не превышала 130°C). Хотя этот тип сухого трансформатора значительно улучшил пожаробезопасность по сравнению с масляными трансформаторами, его характеристики в отношении устойчивости к влаге и загрязнениям были недостаточными.

В результате производство этого типа было прекращено. Тем не менее, успешный дизайн электрических, магнитных и тепловых расчетов, а также конструктивная компоновка заложили прочную основу для последующего развития новых сухих трансформаторов с открытым вентилируемым охлаждением, изолированных материалом класса H.

В США некоторые производители, такие как корпорация FPT в Вирджинии, разработали сухие трансформаторы, используя арамидный материал DuPont NOMEX® в качестве основной изоляции. FPT предлагает две модели продуктов: тип FB с изоляционной системой, рассчитанной на 180°C (класс H), и тип FH, рассчитанный на 220°C (класс C), с повышением температуры катушек на 115K (в Китае 125K) и 150K соответственно. Низковольтные катушки используют либо фольгу, либо многожильные слоистые обмотки, с межвитковой и межслойной изоляцией из NOMEX®.

Высоковольтные катушки имеют дисковую конструкцию, с проводниками, обернутыми бумагой NOMEX®. Вместо традиционных прокладочных блоков между дисками катушек используются гребенчатые прокладки, что эффективно уменьшает пиковое напряжение между дисками и значительно увеличивает осевую прочность высоковольтных катушек на короткое замыкание — хотя это усложняет намотку и увеличивает время производства. Высоковольтные и низковольтные катушки наматываются концентрически для улучшения механической прочности. Некоторые конструкции также включают изоляционные пластины из NOMEX® в качестве прокладок и блоков.

Изоляционные цилиндры между высоковольтными и низковольтными обмотками изготовлены из бумаги NOMEX® толщиной 0,76 мм. Процесс пропитки включает несколько циклов вакуумно-прессовой пропитки (VPI), за которыми следует высокотемпературная сушка (до 180–190°C). В FPT эти трансформаторы производятся с максимальным напряжением 34,5 кВ и максимальной мощностью 10 000 кВА. Эта технология получила сертификацию UL в США.

В Китае некоторые производители трансформаторов приняли материалы изоляции DuPont NOMEX® и соответствующие технические спецификации (например, HV-1 или HV-2) вместе со стандартами технологии трансформаторов Reliatran® для производства сухих трансформаторов типа SG с изоляцией класса H, аналогичных типу FB компании FPT. Однако, в отличие от FPT, отечественные производители, как правило, пропитывают только катушки, а не весь трансформатор. Хотя полная пропитка обеспечивает лучшую общую герметичность, она менее эстетична и требует завершения всех испытаний продукции до обработки. Кроме того, пропиточный лак более подвержен загрязнению, что делает пропитку только катушек более практичным и разумным выбором в китайских условиях.

В Европе развитие сухих трансформаторов шло более разнообразным путем. Помимо эпоксидной смолы, вакуумного литья и намоточных технологий, появились другие типы, включая нелитые твердые изолированные герметичные трансформаторы типа SCR и сухие трансформаторы с открытым вентилируемым охлаждением типа SG, аналогичные китайским. В 1970-х годах шведский производитель разработал сухие трансформаторы с открытым вентилируемым охлаждением, используя изоляцию NOMEX®. Позже другой производитель заменил NOMEX® на стекловолокно и DMD, что позволило снизить затраты на материалы.

Конструкция катушек была похожа на ранние продукты с изоляцией класса B, с низковольтными катушками, намотанными многожильными проводниками или фольгой, и высоковольтными катушками дискового типа. Межвитковая изоляция была изготовлена из стекловолокна, а прокладки — из керамики. Другие изоляционные компоненты использовали модифицированные смолы дифенилового эфира со стеклотканью (для цилиндров) или модифицированные полиамид-имида со стеклотканью (для цилиндров), DMD, SMC и подобные материалы. Метод обработки катушек включал вакуумную пропитку (VI) без применения давления во время пропитки.

Ключевые технические аспекты этого процесса включают правильный выбор пропиточного лака (смолы) и параметров процесса, а также производство керамических деталей. Обычная керамика хрупкая, неглазурованная, подвержена воздействию влаги и склонна к растрескиванию при неравномерном стрессе или тепловых градиентах. Поэтому она должна обладать очень высокой плотностью и твердостью — качества, которые в настоящее время могут быть достигнуты только с помощью импортных материалов.