Izolační materiály transformátorů v olejově naplněných a suchých transformátorech

Izolace v olejově chlazených transformátorech

V moderních olejově chlazených transformátorech se izolace vysokonapěťových cívek řídí široce používaným přístupem. Typicky je drát pokryt lakem a mezi každou vrstvou cívky jsou vloženy kraftové papíry. Toto kombinace poskytuje spolehlivou elektrickou izolaci a mechanickou ochranu vysokonapěťových cívek, chráníc je před elektrickým průrazem a fyzickými poškozeními.

Pro nízkonapěťové cívky se používá jiná strategie izolace. Zde mohou být pásové vodiče nezakryté, s papírovou izolací umístěnou mezi vrstvami. Tento postup nabízí kompromis mezi nákladovou efektivitou a potřebnými požadavky na izolaci pro nízkonapěťové aplikace.

Nicméně, oblast izolačních materiálů pro pásové vodiče v nízkonapěťových cívkách se vyvíjí. Tradiční zvyk zabalování pásového vodiče papírem se postupně vyřazuje. Jako preferované alternativy vynikají syntetické polymerové povlaky a balení z syntetických tkanin. Tyto moderní materiály nabízejí zlepšenou trvanlivost, lepší vlastnosti elektrické izolace a zvýšenou odolnost vůči environmentálním faktorům oproti tradiční papírové izolaci.

Zahrnutí hliníkového drátu, pásu a pásových vodičů spolu s lakovými povlaky přineslo distribučním výrobcům transformátorů jedinečné výzvy. Hliník má specifickou vlastnost: když je expozován vzduchu, spontánně vytváří na své povrchu izolační oxidovou vrstvu. Tato samoformující se oxidová vrstva může bránit elektrické vodivosti. V důsledku toho, když je třeba založit elektrické spojení pomocí hliníkových vodičů, musí výrobci vyvinout efektivní metody, jak buď odstranit tuto oxidovou vrstvu, nebo zabránit jejímu vzniku v místech spojení. To vyžaduje pečlivou výběr materiálů, přesné výrobní procesy a striktní opatření pro kontrolu kvality, aby byla zajištěna spolehlivá funkce distribučních transformátorů s hliníkovými komponenty.

Výzvy a řešení spojené s hliníkovými vodiči v transformátorech a izolace v suchých transformátorech

Výzvy a zpracování hliníkových vodičů v olejově chlazených transformátorech

Dále má elektrotechnický hliník výrazně měkkou texturu. Když je aplikováno mechanické stlačení, je velmi náchylný k problémům jako je studený tok a diferenciální roztažení. Studený tok znamená pomalou deformaci měkkého hliníku pod mechanickým napětím v průběhu času, zatímco diferenciální roztažení nastává, když se hliník rozšiřuje nebo stahuje rychlostí odlišnou od ostatních komponent v montáži, což může vést k uvolněným spojením nebo mechanickým selháním.

Pro zvládnutí potřeb spojení hliníkových drátů byly vyvinuty několik specializovaných metod spojování. Lepení lze použít, i když vyžaduje specifické techniky a lepidlo, aby bylo zajištěno dobré spojení. Další běžný přístup je stlačování, které zahrnuje použití speciálních stlačovacích kol. Tyto kolíky jsou navrženy tak, aby pronikly jak lakovým povlakem na drátu, tak samovzniklou oxidovou vrstvou na povrchu hliníku. Tímto způsobem vytvářejí spolehlivé elektrické spojení. Navíc uzavírají kontaktní oblasti před kyslíkem, což brání další oxidaci a zajišťuje dlouhodobou integritu spojení.

Pro hliníkové pásy nebo pásové vodiče nabízí TIG (tungsten inert gas) svařování efektivní řešení pro spojení. Tento svařovací proces používá netečný tungstenní elektrod a inertní plynovou clonu k vytvoření vysokokvalitního, silného spojení mezi hliníkovými komponenty. Kromě toho lze hliníkové pásy také spojit s jinými měděnými nebo hliníkovými konektory pomocí studeného svařování nebo stlačování. Studené svařování vytváří pevnostní spojení bez nutnosti roztavení materiálů, což je pro zachování mechanických a elektrických vlastností vodičů výhodné. I pro vytváření šroubovacích spojení na měkký hliník, pokud je plocha spojení pečlivě vyčištěna od jakéhokoli oxidu nebo kontaminantů, lze dosáhnout bezpečného a elektricky vodivého spojení.

Izolační materiály v suchých transformátorech

V oblasti suchých transformátorů je standardní praxí aplikovat ochranný účinek nebo povlak na cívky pomocí hmoty nebo laků. Slouží jako ochrana proti různým nepříznivým environmentálním faktorům, jako jsou vlhkost, prach a koroziční plyny, které mohou postupně degradovat izolační vlastnosti cívek transformátoru a oslabit celkovou výkonnost a životnost transformátoru.

Izolační média používaná pro primární a sekundární cívky suchých transformátorů lze rozdělit do následujících odlišných kategorií:

• Litý cív: V tomto typu je cívka vložena do lité hmoty, která poskytuje robustní a trvanlivou izolační strukturu. Lité hmota nejen obaluje vodiče, ale také nabízí vynikající mechanickou sílu a elektrickou izolaci, což ji činí vhodnou pro aplikace, kde je požadována vysoká spolehlivost a ochrana.

• Vakuově - tlakově encapsulovaný: Tento postup zahrnuje encapsulaci cívek za vakuově - tlakových podmínek. Odstraněním vzduchu a jiných kontaminantů z procesu izolace zajistí tento postup více uniformní a bezevodnou izolační vrstvu, což zlepšuje elektrické a tepelné vlastnosti transformátoru.

• Vakuově - tlakově impregnovaný: Zde jsou cívky namočeny v izolační hmotě za vakuově - tlakových podmínek. Tento proces umožňuje, aby hmota hluboce pronikla do struktury cívky, vyplnila všechny mezery a póry. Výsledkem je zlepšená izolace a schopnost odvádět teplo, což přispívá k efektivnímu fungování transformátoru.

• Povolený: Jednoduché povlacovací techniky zahrnují aplikaci vrstvy izolačního materiálu, jako je lak nebo speciální povlaková směs, přímo na cívky. Tento typ izolace je relativně jednoduchý a nákladově efektivní, vhodný pro aplikace, kde jsou požadavky na izolaci méně přísné.

Litý cív

V metodě lití cív je cívka nejprve posílena podle potřeby nebo umístěna do formy. Poté je zalita hmotou za vakuově - tlakových podmínek. Tento proces nabízí několik významných výhod. Protože cívka je plně obalená pevnou izolací, efektivně snižuje hladiny hluku během provozu. Kromě toho proces vakuově - tlakového lití vyplní cívku hmotou, což úplně eliminuje jakékoli dutiny. Tyto dutiny, pokud by byly přítomny, by mohly vést k koronovému výboji, který by mohl degradovat izolaci a způsobit elektrické problémy v průběhu času. S pevnou izolační soustavou má litý cív vynikající mechanickou sílu, což mu umožňuje odolat mechanickým stresům. Má také vynikající odolnost proti krátkému zapojení, což zajišťuje spolehlivou výkonnost během elektrických poruch. Kromě toho je tento typ cívky velmi odolný proti vlhkosti a kontaminantům, chráníc interní komponenty transformátoru a prodlužujíc jeho životnost.

Vakuově - tlakově encapsulovaný

Pro vakuově - tlakově encapsulovanou izolaci je cívka vložena do hmoty za vakuově - tlakových podmínek. Podobně jako u procesu lití cív, encapsulace cívky hmotou tímto způsobem efektivně odstraňuje jakékoli dutiny, které by mohly způsobit koronový výboj. V důsledku toho cívka mění výhody vynikající mechanické síly, což jí umožňuje odolat mechanickým otřesům a vibracím. Ukazuje také vysokou odolnost proti krátkému zapojení, což zajišťuje stabilní výkon během neobvyklých elektrických podmínek. Tento způsob izolace poskytuje robustní ochranu proti pronikání vlhkosti a kontaminantů, udržuje integritu cívky a celkový výkon transformátoru.

Vakuově - tlakově impregnovaný

V technice vakuově - tlakové impregnace je cívka nasycena lakem za vakuově - tlakových podmínek. Proces impregnace cívku kompletně pokrývá, vytvářející ochrannou vrstvu, která ji chrání před vlhkostí a kontaminanty. To pomáhá zachovat elektrické a mechanické vlastnosti cívky, zajišťuje spolehlivý provoz transformátoru v různých environmentálních podmínkách. Ačkoli úroveň ochrany může být relativně méně komplexní oproti některým jiným metodám, stále poskytuje dostatečnou ochranu pro mnoho aplikací.

Povolený

Přístup povolené izolace zahrnuje namočení cívky do laků nebo hmot. Povolená cívka poskytuje základní stupeň ochrany proti vlhkosti a kontaminantům, což ji činí vhodnou pro použití v mírných prostředích, kde je riziko expozice tvrdým prvům relativně nízké. Ačkoli nemusí nabízet stejnou úroveň ochrany jako sofistikovanější izolační metody, je to nákladově efektivní a jednoduché řešení pro aplikace s méně náročnými požadavky na izolaci.