Phát triển và Đặc điểm Kỹ thuật của Biến áp khô ở Các Vùng khác nhau

Trước những năm 1960, các loại biến áp khô chủ yếu sử dụng cách điện lớp B trong thiết kế thông gió mở, với mô hình sản phẩm được chỉ định là SG. Khi đó, cuộn dây phẳng chưa có sẵn, do đó cuộn dây điện áp thấp thường được xây dựng bằng cách sử dụng nhiều sợi dẫn ở cấu hình tầng hoặc xoắn ốc, trong khi cuộn dây điện áp cao được thiết kế theo kiểu đĩa. Các dây dẫn được sử dụng là dây bọc sợi thủy tinh kép hoặc dây bọc sợi thủy tinh đơn với lớp phủ alkyd.

Hầu hết các thành phần cách điện khác được làm từ vật liệu sợi thủy tinh phenolic. Quá trình thấm dùng varnish cách điện lớp B để thấm cuộn dây điện áp cao và thấp ở nhiệt độ và áp suất môi trường, sau đó sấy ở nhiệt độ trung bình (không vượt quá 130°C). Mặc dù loại biến áp khô này đã cải thiện đáng kể khả năng chống cháy so với biến áp ngâm dầu, nhưng hiệu suất về khả năng chống ẩm và ô nhiễm không đủ tốt.

Do đó, việc sản xuất loại này đã bị ngừng. Tuy nhiên, sự thiết kế thành công của các tính toán điện, từ và nhiệt, cùng với bố cục cấu trúc, đã đặt nền móng vững chắc cho sự phát triển sau này của các loại biến áp khô thông gió mở cách điện lớp H mới.

Ở Hoa Kỳ, một số nhà sản xuất, như FPT Corporation ở Virginia, đã phát triển các loại biến áp khô sử dụng vật liệu aramid NOMEX® của DuPont làm vật liệu cách điện chính. FPT cung cấp hai mô hình sản phẩm: loại FB, với hệ thống cách điện được đánh giá ở 180°C (lớp H), và loại FH, được đánh giá ở 220°C (lớp C), với nhiệt độ tăng cuộn dây là 115K (125K ở Trung Quốc) và 150K tương ứng. Cuộn dây điện áp thấp sử dụng cuộn dây phẳng hoặc nhiều sợi tầng, với cách điện giữa vòng và giữa tầng được làm bằng NOMEX®.

Cuộn dây điện áp cao là kiểu đĩa, với dây dẫn được bọc bằng giấy NOMEX®. Thay vì sử dụng các khối cách điện truyền thống giữa các đĩa cuộn, các thanh cách điện dạng lược được sử dụng, giảm nửa mức điện áp đỉnh giữa các đĩa và tăng đáng kể sức mạnh ngắn mạch trục của cuộn dây điện áp cao - mặc dù điều này làm tăng độ phức tạp của cuộn dây và thời gian sản xuất. Các cuộn dây điện áp cao và thấp được cuộn đồng tâm để cải thiện sức mạnh cơ học. Một số thiết kế cũng sử dụng các tấm cách điện NOMEX® làm các khối và thanh cách điện.

Các ống cách điện giữa cuộn dây điện áp cao và thấp được làm từ ván giấy NOMEX® dày 0,76 mm. Quá trình thấm dùng nhiều chu kỳ thấm áp lực chân không (VPI) sau đó sấy ở nhiệt độ cao (đạt 180-190°C). Tại FPT, các loại biến áp này được sản xuất với mức điện áp tối đa là 34,5 kV và công suất tối đa là 10.000 kVA. Công nghệ này đã nhận được chứng nhận UL ở Hoa Kỳ.

Ở Trung Quốc, một số nhà sản xuất biến áp đã áp dụng vật liệu cách điện NOMEX® của DuPont và các quy định sản xuất liên quan (như HV-1 hoặc HV-2) cùng với các tiêu chuẩn kỹ thuật biến áp Reliatran® để sản xuất các loại biến áp khô cách điện lớp H kiểu SG, tương tự như loại FB của FPT. Tuy nhiên, khác với FPT, các nhà sản xuất trong nước thường chỉ thấm cuộn dây thay vì toàn bộ bộ phận biến áp. Mặc dù thấm toàn bộ cung cấp độ kín tốt hơn, nhưng nó kém hấp dẫn về mặt thị giác và yêu cầu tất cả các bài kiểm tra sản phẩm phải hoàn thành trước khi xử lý. Ngoài ra, varnish thấm dễ bị nhiễm bẩn, khiến việc thấm chỉ cuộn dây trở thành lựa chọn thực tế và hợp lý hơn trong bối cảnh Trung Quốc.

Ở châu Âu, sự phát triển của các loại biến áp khô đã đi theo nhiều hướng khác nhau. Ngoài công nghệ ép nhựa epoxy và cuộn dây dưới chân không, các loại khác cũng đã xuất hiện, bao gồm các loại biến áp đóng rắn cách điện không đổ khuôn SCR và các loại biến áp khô thông gió mở kiểu SG tương tự như ở Trung Quốc. Vào những năm 1970, một nhà sản xuất ở Thụy Điển đã phát triển các loại biến áp khô thông gió mở sử dụng cách điện NOMEX®. Sau đó, một nhà sản xuất khác đã thay thế NOMEX® bằng sợi thủy tinh và DMD, giảm chi phí vật liệu.

Cấu trúc cuộn dây giống với các sản phẩm cách điện lớp B ban đầu, với cuộn dây điện áp thấp cuộn nhiều sợi hoặc phẳng và cuộn dây điện áp cao kiểu đĩa. Cách điện giữa vòng được làm bằng sợi thủy tinh, và các thanh cách điện được làm bằng gốm. Các thành phần cách điện khác sử dụng vật liệu lót bằng vải thủy tinh resin diphenyl ether sửa đổi (cho ống) hoặc vải thủy tinh lót polyamide-imide sửa đổi (cho ống), DMD, SMC và các vật liệu tương tự. Phương pháp xử lý cuộn dây sử dụng VI (thấm chân không) mà không áp dụng áp lực trong quá trình thấm.

Các khía cạnh kỹ thuật chính của quá trình này bao gồm việc lựa chọn đúng varnish thấm (resin) và các tham số quy trình, cũng như sản xuất các bộ phận gốm. Gốm thông thường giòn, không tráng men, dễ bị ẩm và nứt dưới ứng suất không đều hoặc chênh lệch nhiệt. Do đó, chúng phải có mật độ và độ cứng rất cao - điều chỉ có thể đạt được thông qua các vật liệu nhập khẩu.