Isoliermaterialien für Transformatoren in ölgefüllten und trockenen Typen

Isolierung in ölgetauchten Transformern

In modernen ölgetauchten Transformern folgt die Isolierung der Hochspannungswicklungen einem weit verbreiteten Ansatz. In der Regel wird das Draht isoliert mit Emaille und zwischen den einzelnen Wicklungsschichten wird Kraftpapier eingelegt. Diese Kombination bietet eine zuverlässige elektrische Isolierung und mechanischen Schutz für die Hochspannungswicklungen, um sie vor elektrischen Durchschlägen und mechanischen Beschädigungen zu schützen.

Für Niederspannungswicklungen wird eine andere Isolierstrategie angewendet. Hier können die Streifenleiter unbeschichtet bleiben, wobei Papierisolierung zwischen den Schichten eingelegt wird. Diese Methode findet einen Kompromiss zwischen Kosteneffizienz und den notwendigen Isolieranforderungen für Niederspannungsanwendungen.

Allerdings entwickelt sich das Feld der Isoliermaterialien für Streifenleiter in Niederspannungswicklungen weiter. Die traditionelle Praxis, Streifenleiter mit Papier zu umwickeln, wird allmählich abgelöst. Synthetische Polymerbeschichtungen und Umhüllungen aus synthetischem Gewebe treten als bevorzugte Alternativen hervor. Diese modernen Materialien bieten eine verbesserte Haltbarkeit, bessere elektrische Isolier Eigenschaften und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltfaktoren im Vergleich zur traditionellen Papierisolierung.

Die Verwendung von Aluminiumdraht, -streifen und -leitern, zusammen mit Emaillebeschichtungen, stellt Verteilungstransformerbauern einzigartige Herausforderungen. Aluminium hat eine besondere Eigenschaft: Wenn es der Luft ausgesetzt ist, bildet es spontan eine isolierende Oxidschicht auf seiner Oberfläche. Diese selbstständig gebildete Oxidschicht kann die elektrische Leitfähigkeit behindern. Daher müssen Hersteller, wenn elektrische Verbindungen mit Aluminiumleitern hergestellt werden müssen, effektive Methoden entwickeln, um diese Oxidschicht zu entfernen oder ihre Bildung an den Verbindungspunkten zu verhindern. Dies erfordert sorgfältige Materialauswahl, präzise Fertigungsprozesse und strenge Qualitätskontrollmaßnahmen, um den zuverlässigen Betrieb von Verteilungstransformern mit aluminiumbasierten Komponenten sicherzustellen.

Herausforderungen und Lösungen bei Aluminiumleitern in Transformern und Isolierung in Trockentransformern

Herausforderungen und Behandlung von Aluminiumleitern in ölgetauchten Transformern

Darüber hinaus besitzt elektrisch leitfähiges Aluminium eine bemerkenswert weiche Textur. Bei mechanischer Befestigung ist es sehr anfällig für Probleme wie Kaltfließen und differenzielle Ausdehnung. Kaltfließen bezieht sich auf die langsame Verformung des weichen Aluminiums unter mechanischem Druck über Zeit, während differenzielle Ausdehnung auftritt, wenn Aluminium sich schneller oder langsamer ausdehnt oder zusammenzieht als andere Komponenten in der Anordnung, was zu lockeren Verbindungen oder mechanischen Fehlfunktionen führen kann.

Um die Verbindungsnachfrage von Aluminiumdrähten zu bewältigen, wurden mehrere spezialisierte Verkoppelungsmethoden entwickelt. Löten kann verwendet werden, obwohl es spezielle Löttechniken und Flussmittel erfordert, um eine gute Verbindung zu gewährleisten. Ein weiterer gängiger Ansatz ist das Crimping, bei dem spezielle Crimphülsen verwendet werden. Diese sind so konstruiert, dass sie sowohl die Emaillebeschichtung auf dem Draht als auch die natürliche Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche durchdringen. Auf diese Weise wird eine zuverlässige elektrische Verbindung hergestellt. Darüber hinaus versiegeln sie die Kontaktbereiche gegen Sauerstoff, verhindern weitere Oxidation und stellen die langfristige Integrität der Verbindung sicher.

Für Aluminiumstreifen- oder -leiter bietet das TIG-Schweißen (Tungsten-Inert-Gas-Schweißen) eine effektive Verbindungslösung. Dieses Schweißverfahren verwendet einen nicht verbrauchbaren Wolframelektroden und einen inertgasgeschützten Schutz, um eine hochwertige, starke Verbindung zwischen den Aluminiumkomponenten herzustellen. Darüber hinaus können Aluminiumstreifen auch durch kaltes Schweißen oder Crimping-Techniken mit anderen Kupfer- oder Aluminiumanschlüssen verbunden werden. Kaltes Schweißen insbesondere erzeugt eine feste Verbindung ohne das Schmelzen der Materialien, was vorteilhaft ist, um die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Leiter aufrechtzuerhalten. Auch für die Herstellung von Bolzenschraubverbindungen an weichem Aluminium kann, sofern der Verbindungsbereich sorgfältig gereinigt wird, um jegliche Oxide oder Kontaminanten zu entfernen, eine sichere und elektrisch leitfähige Verbindung erreicht werden.

Isoliermaterialien in Trockentransformern

Im Bereich der Trockentransformern ist es üblich, die Wicklungen mit Harz oder Lack zu beschichten, um sie vor verschiedenen ungünstigen Umweltfaktoren zu schützen, wie Feuchtigkeit, Staub und korrosiven Gasen, die alle langsam die Isolationseigenschaften der Transformatorenwicklungen degradieren und die Gesamtleistung und Lebensdauer des Transformers beeinträchtigen können.

Die Isoliermedien, die für die Primär- und Sekundärwicklungen von Trockentransformern verwendet werden, lassen sich in die folgenden deutlich unterschiedlichen Kategorien einteilen:

• Gegossener Spulenblock: Bei dieser Art wird die Wicklung in einen gegossenen Harz eingebettet, was eine robuste und dauerhafte Isolierstruktur bietet. Der gegossene Harz umschließt nicht nur die Leiter, sondern bietet auch ausgezeichnete mechanische Stabilität und elektrische Isolierung, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen hohe Zuverlässigkeit und Schutz erforderlich sind.

• Vakuum-Druck-Einbettung: Diese Methode beinhaltet die Einbettung der Wicklungen unter Vakuum-Druck-Bedingungen. Indem Luft und andere Kontaminanten aus dem Isolierprozess entfernt werden, wird eine gleichmäßige und lufthaltige Isolierschicht gewährleistet, was die elektrische und thermische Leistung des Transformers verbessert.

• Vakuum-Druck-Impregnierung: Hier werden die Wicklungen in einem Isolierharz unter Vakuum-Druck getränkt. Dieser Prozess ermöglicht es, dass das Harz tief in die Wicklungsstruktur eindringt und alle Lücken und Poren füllt. Dadurch wird eine verbesserte Isolierung und Wärmeableitung erreicht, was zum effizienten Betrieb des Transformers beiträgt.

• Beschichtet: Einfache Beschichtungstechniken beinhalten das Auftragen einer Schicht aus Isoliermaterial, wie Lack oder einem speziellen Beschichtungskomplex, direkt auf die Wicklungen. Diese Art der Isolierung ist relativ einfach und kostengünstig und eignet sich für Anwendungen, bei denen weniger strenge Isolieranforderungen bestehen.

Gegossener Spulenblock

Bei der Isolierungsmethode des gegossenen Spulenblocks wird die Wicklung zunächst nach Bedarf verstärkt oder in einem Formwerkzeug positioniert. Dann wird sie unter Vakuum-Druckbedingungen in Harz gegossen. Dieser Prozess bietet mehrere bedeutende Vorteile. Da die Wicklung vollständig in fester Isolation eingeschlossen ist, reduziert dies die Geräuschpegel während des Betriebs. Zudem füllt der Vakuum-Druckgussprozess die Wicklung mit Harz und eliminiert komplett jede Lücke. Diese Lücken könnten zu Koronablitzentladungen führen, die die Isolation im Laufe der Zeit verschlechtern und zu elektrischen Problemen führen. Mit seinem soliden Isolierungssystem zeichnet sich die gegossene Spulenwicklung durch ausgezeichnete mechanische Stabilität aus, die es ihr ermöglicht, mechanische Belastungen zu widerstehen. Sie verfügt auch über bemerkenswerte Kurzschlussfestigkeit, die einen zuverlässigen Betrieb bei elektrischen Fehlfunktionen sicherstellt. Darüber hinaus ist diese Art der Wicklung sehr resistent gegen Feuchtigkeit und Kontaminanten, was die internen Bauteile des Transformers schützt und dessen Lebensdauer verlängert.

Vakuum-Druck-Einbettung

Bei der Vakuum-Druck-Einbettungs-Isolierung wird die Wicklung unter Vakuum-Druck in Harz eingebettet. Ähnlich wie beim gegossenen Spulenblock-Prozess entfernt die Einbettung der Wicklung in Harz auf diese Weise effektiv jede Lücke, die andernfalls zu Koronablitzentladungen führen könnte. Dadurch profitiert die Wicklung von ausgezeichneter mechanischer Stabilität, die es ihr ermöglicht, mechanische Schocks und Vibrationen zu überstehen. Sie zeigt auch eine hohe Kurzschlussfestigkeit, die für stabile Betriebsbedingungen bei abnormalen elektrischen Zuständen sorgt. Diese Isolierungsmethode bietet robusten Schutz vor Feuchtigkeitseintritt und Kontaminanteneindringen, wodurch die Integrität der Wicklung und die Gesamtleistung des Transformers aufrechterhalten werden.

Vakuum-Druck-Impregnierung

Bei der Vakuum-Druck-Impregnierungs-Isolierungstechnik wird die Wicklung unter Vakuum-Druck mit Lack getränkt. Der Impregnierungsprozess überzieht die Wicklung gründlich und schafft eine Schutzschicht, die sie vor Feuchtigkeit und Kontaminanten schützt. Dies hilft, die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Wicklung zu erhalten und den zuverlässigen Betrieb des Transformers in verschiedenen Umgebungsbedingungen zu gewährleisten. Obwohl der Schutzniveau möglicherweise im Vergleich zu einigen anderen Methoden weniger umfassend sein mag, bietet es trotzdem ausreichenden Schutz für viele Anwendungen.

Beschichtet

Der beschichtete Isolieransatz beinhaltet das Tauchen der Wicklung in Lack oder Harz. Eine beschichtete Wicklung bietet einen grundlegenden Schutz vor Feuchtigkeit und Kontaminanten, was sie für den Einsatz in moderaten Umgebungen geeignet macht, wo das Risiko der Exposition gegenüber harten Elementen relativ gering ist. Obwohl sie möglicherweise nicht den gleichen Schutz wie komplexere Isoliermethoden bietet, ist sie eine kostengünstige und einfache Lösung für Anwendungen mit weniger anspruchsvollen Isolieranforderungen.