Розробка та технічні характеристики сухих перетворювачів у різних регіонах

До 1960-х років сухі трансформатори в основному використовували ізоляцію класу B у відкритих вентилійованих конструкціях, з позначенням моделі як SG. На той час фольговані витки ще не були доступні, тому низьковольтні катушки зазвичай виготовлялися за допомогою багатопровідних провідників у шаруватому або спіральному виконанні, а високовольтні катушки мали дисковий дизайн. Використовувались провідники, обмотані подвійним склом або одинарним склом з аліфатичним лаком.

Більшість інших компонентів ізоляції виготовлялися з фенольно-скловолоконних матеріалів. Процес пропітання передбачав використання лаку ізоляції класу B для пропітання високовольтних і низьковольтних катушок при комнатній температурі і тиску, після чого відбувалося просикування середньою температурою (не вище 130°С). Хоча такий тип сухого трансформатора представляв значний прогрес у стійкості до вогню по відношенню до маслонаповнених трансформаторів, його властивості стійкості до вологи і забруднення були недостатніми.

В результаті виробництво цього типу було припинено. Незважаючи на це, успішний дизайн електричних, магнітних і теплових розрахунків, а також конструктивна планировка, заклали міцний фундамент для подальшого розвитку нових сухих трансформаторів із ізоляцією класу H у відкритих вентилійованих конструкціях.

У США деякі виробники, такі як FPT Corporation у Вірджинії, розробили сухі трансформатори, використовуючи NOMEX® арамідний матеріал DuPont як основну ізоляцію. FPT пропонує дві моделі продуктів: тип FB з системою ізоляції, оціненою на 180°С (клас H), і тип FH, оцінений на 220°С (клас C), з підвищенням температури витків на 115K (125K в Китаї) і 150K відповідно. Низьковольтні катушки використовують або фольгу, або багатопровідні шаруваті витки, з ізоляцією між витками і шарами, виконаною з NOMEX®.

Високовольтні катушки мають дисковий дизайн, з провідниками, обмотаними папером NOMEX®. Замість традиційних проміжних блоків між дисками використовуються гребіноподібні простірники, що ефективно зменшує пикове напругу між дисками і значно підвищує аксіальну короткозамкненню високовольтних катушок — хоча це збільшує складність намотки та тривалість виробництва. Високовольтні і низьковольтні катушки намотані концентрично для покращення механічної міцності. Деякі дизайни також включають плити ізоляції NOMEX® як простірники і блоки.

Циліндри ізоляції між високовольтними і низьковольтними витками виготовлені з картону NOMEX® завтовшки 0,76 мм. Процес пропітання використовує кілька циклів вакуумного пресового пропітання (VPI), після чого відбувається просикування високою температурою (до 180–190°С). У FPT ці трансформатори виготовляються з максимальною напругою 34,5 кВ і максимальною потужністю 10 000 кВА. Ця технологія отримала сертифікацію UL у США.

У Китаї деякі виробники трансформаторів прийняли матеріали ізоляції DuPont® NOMEX® та відповідні виробничі специфікації (наприклад, HV-1 або HV-2) разом з технічними стандартами трансформаторів Reliatran® для виробництва сухих трансформаторів SG-типу з ізоляцією класу H, подібних до типу FB FPT. Однак, на відміну від FPT, домашні виробники зазвичай пропітають лише катушки, а не всієї конструкції трансформатора. Хоча повне пропітання надає краще загальне герметизування, воно менш привабливе візуально і вимагає завершення всіх тестів продукту перед обробкою. Додатково, лак для пропітання більш піддається забрудненню, що робить пропітання лише катушок більш практичним і раціональним вибором в китайському контексті.

У Європі розвиток сухих трансформаторів набув більш різноманітного характеру. Окрім епоксидних вакуумних виплавок і технологій намотки, з'явилися інші типи, включаючи SCR-тип непливучих твердих ізоляційних обгорнених трансформаторів та SG-тип відкритих вентилійованих сухих трансформаторів, подібних до тих, що використовуються в Китаї. У 1970-х роках шведський виробник розробив відкриті вентилійовані сухі трансформатори з ізоляцією NOMEX®. Пізніше інший виробник замінив NOMEX® на скло і DMD, що знизило вартість матеріалів.

Конструкція катушок нагадувала ранні продукти з ізоляцією класу B, з багатопровідними або фольгованими низьковольтними катушками і дисковими високовольтними катушками. Міжвиткова ізоляція була зроблена зі скла, а простірники — з кераміки. Інші компоненти ізоляції використовували модифіковані резини ефіру дифенілу склопластики (для циліндрів) або модифіковані поліамід-імід склопластики (для циліндрів), DMD, SMC та подібні матеріали. Метод обробки катушок використовував VI (вакуумне пропітання) без застосування тиску під час пропітання.

Основні технічні аспекти цього процесу включають правильний вибір лаку (резини) для пропітання та параметрів процесу, а також виробництво керамічних деталей. Звичайні керамічні матеріали хрупкі, не глазуровані, піддаються вологі та можуть тріщати при нерівномірних напруженнях або термічних градієнтах. Тому вони повинні мати дуже високу щільність і твердість — які наразі можна досягти лише за допомогою імпортованих матеріалів.