Materiali isolanti per trasformatori a olio e a secco

Isolamento nei trasformatori a immersione in olio

Nei trasformatori a immersione in olio contemporanei, l'isolamento degli avvolgimenti ad alta tensione segue un approccio ampiamente adottato. Tipicamente, il filo è rivestito con smalto e la carta kraft viene inserita tra ciascun strato dell'avvolgimento. Questa combinazione fornisce un affidabile isolamento elettrico e protezione meccanica per gli avvolgimenti ad alta tensione, salvaguardandoli contro il guasto elettrico e i danni fisici.

Per gli avvolgimenti a bassa tensione, viene impiegata una strategia di isolamento diversa. Qui, i conduttori a nastro possono essere lasciati scoperti, con l'isolamento in carta posizionato tra gli strati. Questo metodo bilancia costi ed esigenze di isolamento necessarie per le applicazioni a bassa tensione.

Tuttavia, il panorama dei materiali isolanti per i conduttori a nastro negli avvolgimenti a bassa tensione sta evolvendo. La pratica tradizionale di avvolgere i conduttori a nastro con carta sta gradualmente venendo meno. Rivestimenti e involucri in polimeri sintetici e tessuti sintetici stanno emergendo come alternative preferite. Questi materiali moderni offrono maggiore durabilità, proprietà di isolamento elettrico migliorate e miglior resistenza ai fattori ambientali rispetto all'isolamento in carta tradizionale.

L'incorporazione di fili, nastri e conduttori a nastro in alluminio, insieme ai rivestimenti in smalto, ha presentato sfide uniche ai produttori di trasformatori di distribuzione. L'alluminio ha una proprietà distintiva: quando esposto all'aria, forma spontaneamente uno strato di ossido isolante sulla sua superficie. Questo strato di ossido autoformatosi può ostacolare la conduttività elettrica. Pertanto, ogniqualvolta siano necessarie connessioni elettriche utilizzando conduttori in alluminio, i produttori devono escogitare metodi efficaci per rimuovere questo strato di ossido o prevenirne la formazione nei punti di connessione. Ciò richiede una selezione accurata dei materiali, processi di produzione precisi e misure rigorose di controllo qualità per garantire il funzionamento affidabile dei trasformatori di distribuzione con componenti in alluminio.

Sfide e soluzioni con i conduttori in alluminio nei trasformatori, e isolamento nei trasformatori a secco

Sfide e gestione dei conduttori in alluminio nei trasformatori a immersione in olio

Inoltre, l'alluminio di grado elettrico possiede una consistenza notevolmente morbida. Quando viene applicata una pressione meccanica, è altamente suscettibile a problemi come il flusso freddo e l'espansione differenziale. Il flusso freddo si riferisce alla deformazione lenta del morbido alluminio sotto stress meccanico nel tempo, mentre l'espansione differenziale si verifica quando l'alluminio si espande o contrae a un tasso diverso dagli altri componenti nell'assemblaggio, potenzialmente portando a connessioni allentate o fallimenti meccanici.

Per affrontare le esigenze di connettività dei fili in alluminio, sono stati sviluppati diversi metodi specializzati di saldatura. La saldatura può essere utilizzata, anche se richiede tecniche specifiche di saldatura e fusi per assicurare un buon legame. Un altro approccio comune è lo schiacciamento, che prevede l'uso di speciali morsetti. Questi morsetti sono progettati per penetrare sia il rivestimento in smalto sul filo che lo strato di ossido naturalmente formato sulla superficie dell'alluminio. In tal modo, stabiliscono una connessione elettrica affidabile. Inoltre, sigillano le aree di contatto dall'ossigeno, prevenendo ulteriori ossidazioni e assicurando l'integrità a lungo termine della connessione.

Per i nastri o conduttori a nastro in alluminio, la saldatura TIG (tungsteno gas inerte) offre una soluzione di unione efficace. Questo processo di saldatura utilizza un elettrodo non consumibile in tungsteno e un rivestimento a gas inerte per creare un legame di alta qualità e robusto tra i componenti in alluminio. Inoltre, i nastri in alluminio possono anche essere uniti ad altri connettori in rame o alluminio attraverso tecniche di saldatura a freddo o schiacciamento. La saldatura a freddo, in particolare, crea un legame a stato solido senza la necessità di fondere i materiali, il che è vantaggioso per mantenere le proprietà meccaniche ed elettriche dei conduttori. Anche per realizzare connessioni a vite su alluminio morbido, purché l'area di giunto sia attentamente pulita per rimuovere qualsiasi ossido o contaminanti, può essere ottenuta una connessione sicura e conduttiva elettricamente.

Materiali isolanti nei trasformatori a secco

Nel campo dei trasformatori a secco, una pratica standard è quella di applicare un sigillo o rivestimento protettivo agli avvolgimenti utilizzando resina o vernice. Questo serve da protezione contro vari fattori ambientali avversi, come umidità, polvere e gas corrosivi, che possono degradare gradualmente le proprietà isolanti degli avvolgimenti del trasformatore e compromettere le prestazioni e la durata complessiva del trasformatore.

I mezzi isolanti utilizzati per gli avvolgimenti primari e secondari dei trasformatori a secco possono essere classificati nelle seguenti categorie distinte:

• Avvolgimento a getto: in questo tipo, l'avvolgimento è incorporato in una resina a getto, che fornisce una struttura isolante robusta e duratura. La resina a getto non solo racchiude i conduttori, ma offre anche eccellente resistenza meccanica e isolamento elettrico, rendendolo adatto per applicazioni in cui sono richiesti elevati livelli di affidabilità e protezione.

• Incapsulato a vuoto - pressione: questo metodo prevede l'incapsulamento degli avvolgimenti in condizioni di vuoto - pressione. Rimuovendo l'aria e altri contaminanti dal processo di isolamento, garantisce uno strato di isolamento più uniforme e privo di vuoti, migliorando le prestazioni elettriche e termiche del trasformatore.

• Impregnato a vuoto - pressione: qui, gli avvolgimenti vengono immersi in una resina isolante sotto vuoto - pressione. Questo processo permette alla resina di penetrare profondamente nella struttura dell'avvolgimento, riempiendo tutti i vuoti e pori. Di conseguenza, fornisce un isolamento migliorato e capacità di dissipazione del calore, contribuendo al funzionamento efficiente del trasformatore.

• Rivestito: le tecniche di rivestimento semplici prevedono l'applicazione di uno strato di materiale isolante, come vernice o un composto di rivestimento specializzato, direttamente sugli avvolgimenti. Questo tipo di isolamento è relativamente semplice e conveniente, adatto per applicazioni in cui sono richiesti requisiti di isolamento meno stringenti.

Avvolgimento a getto

Nel metodo di isolamento a getto, l'avvolgimento viene prima rinforzato se necessario o posizionato all'interno di un moldello. Poi, viene colato in resina in condizioni di vuoto - pressione. Questo processo offre numerosi vantaggi significativi. Poiché l'avvolgimento è completamente racchiuso in un isolamento solido, riduce efficacemente i livelli sonori durante il funzionamento. Inoltre, il processo di colata a vuoto - pressione riempie l'avvolgimento con resina, eliminando completamente qualsiasi vuoto. Questi vuoti, se presenti, potrebbero causare scariche corona, che possono degradare l'isolamento e causare problemi elettrici nel tempo. Con il suo sistema di isolamento solido, l'avvolgimento a getto presenta un'eccellente resistenza meccanica, consentendogli di sopportare stress meccanici. Ha anche una notevole resistenza a corto circuito, assicurando un funzionamento affidabile durante i guasti elettrici. Inoltre, questo tipo di avvolgimento è altamente resistente all'umidità e ai contaminanti, proteggendo i componenti interni del trasformatore e prolungandone la durata.

Incapsulato a vuoto - pressione

Per l'isolamento incapsulato a vuoto - pressione, l'avvolgimento viene incorporato in resina in condizioni di vuoto - pressione. Simile al processo a getto, l'incapsulamento dell'avvolgimento con resina in questo modo elimina efficacemente qualsiasi vuoto che potrebbe altrimenti dare origine a scariche corona. Di conseguenza, l'avvolgimento beneficia di un'eccellente resistenza meccanica, permettendogli di sopportare scosse e vibrazioni meccaniche. Presenta anche un'elevata resistenza a corto circuito, assicurando un funzionamento stabile durante condizioni elettriche anomale. Questo metodo di isolamento fornisce una robusta protezione contro l'intrusione di umidità e contaminanti, mantenendo l'integrità dell'avvolgimento e le prestazioni complessive del trasformatore.

Impregnato a vuoto - pressione

Nella tecnica di isolamento impregnato a vuoto - pressione, l'avvolgimento viene permeato con vernice in condizioni di vuoto - pressione. Il processo di impregnazione riveste completamente l'avvolgimento, creando uno strato protettivo che lo ripara dall'umidità e dai contaminanti. Questo aiuta a preservare le proprietà elettriche e meccaniche dell'avvolgimento, assicurando un funzionamento affidabile del trasformatore in varie condizioni ambientali. Anche se il livello di protezione potrebbe essere relativamente meno completo rispetto ad alcuni altri metodi, offre ancora una sufficiente protezione per molte applicazioni.

Rivestito

L'approccio di isolamento rivestito prevede l'immersione dell'avvolgimento in vernice o resina. Un avvolgimento rivestito fornisce un livello base di protezione contro l'umidità e i contaminanti, rendendolo adatto per uso in ambienti moderati dove il rischio di esposizione a elementi severi è relativamente basso. Sebbene non offra lo stesso livello di protezione di metodi di isolamento più elaborati, è una soluzione conveniente e semplice per applicazioni con requisiti di isolamento meno impegnativi.