Isolatiematerialen

Overzicht

De bedrijfszekerheid en levensduur van eentransformatorzijn echter in grote mate afhankelijk van de gebruikte isolatiematerialen. Isolatiematerialen, ook wel diëlektrica genoemd, zijn stoffen met een hoge weerstand en een lage geleidbaarheid. Isolatiematerialen kunnen worden gebruikt om geleiders te isoleren die geladen zijn of een verschillende potentiaal hebben, zodat stroom in een bepaalde richting kan stromen. In transformatorproducten spelen isolatiematerialen ook de rol van warmteafvoer, koeling, ondersteuning, fixatie, boogdoving, verbetering van de potentiële gradiënt, vochtbestendigheid, schimmelbestendigheid en bescherming van geleiders. Onder invloed van gelijkspanning stroomt slechts een zeer kleine hoeveelheid stroom door het isolatiemateriaal. De weerstand ervan (verwijzend naar de volumeweerstand in lucht) is relatief hoog, doorgaans 108~1020Ω·cm (de weerstand van geleiders is 10-6~10-3Ω·cm, en de weerstand van halfgeleiders is {{ 6}}~108Ω ·cm).

Isolatiematerialen hebben een zeer hoge weerstand tegen gelijkstroom. Vanwege hun hoge soortelijke weerstand zijn ze, onder invloed van gelijkspanning, afgezien van een zeer kleine lekstroom aan het oppervlak, feitelijk bijna niet-geleidend; terwijl ze voor wisselstroom capaciteit hebben. Er gaat elektrische stroom doorheen en het wordt algemeen als niet-geleidend beschouwd. Hoe groter de soortelijke weerstand van het isolatiemateriaal, des te beter zijn de isolerende eigenschappen.

In transformatoren worden isolatiematerialen gebruikt om geleidende delen van elkaar en van de aarde te isoleren (nulpotentiaal). Wanneer ze in verschillende dragers worden gebruikt, moeten ze ook goede mechanische eigenschappen hebben. Daarnaast spelen isolatiematerialen ook andere rollen, zoals warmteafvoer, koeling, fixatie, energieopslag, boogdoving, verbetering van de potentiële gradiënt, vochtbestendig, schimmelbestendig en geleiderbescherming.

Meestal worden isolatiematerialen onderverdeeld in drie categorieën:

1) Gasisolatiematerialen: Bij normale temperaturen en drukken hebben algemene droge gassen goede isolatie-eigenschappen, zoals lucht, stikstof, waterstof, kooldioxide, zwavelhexafluoride, enz. Onder hen worden lucht en zwavelhexafluoride gebruikt in transformatoren. wijd;

2) Vloeibaar isolatiemateriaal: Vloeibaar isolatiemateriaal bestaat meestal in olievorm, ook wel isolatieolie genoemd. Zoals minerale olie, plantaardige olie, synthetische ester, enz.;

3) Vaste isolatiematerialen: zoals isolatieverf, isolatielijm, isolatiepapier, isolatiekarton, golfkarton, elektrische kunststoffen en films, elektrische laminaten (staven, buizen), gegoten epoxyhars, elektrisch porselein, rubber, micaproducten, enz. .

Isolerende olie

Isolatieolie wordt gekenmerkt door hoge elektrische sterkte, hoge bliksem, laag vriespunt, hoge prestaties onder invloed van zuurstof, hoge temperatuur en sterk elektrisch veld, niet-giftig, niet-corrosief, lage viscositeit en goede vloeibaarheid. Het wordt veel gebruikt in elektrische producten zoals transformatoren, olieschakelaars, condensatoren en kabels. Het speelt de rol van isolatie, koeling, impregnatie en vulling. Daarnaast speelt het ook de rol van boogdoving in olieschakelaars en energieopslag in condensatoren.

Isolatieolie speelt de dubbele rol van isolatie en koeling in transformatoren;

Isolatieoliën worden momenteel algemeen onderverdeeld in de volgende categorieën:

1) Minerale olie: zoals transformatorolie, schakelolie, condensatorolie, kabelolie;

2) Synthetische olie: zoals dodecylbenzeen, siliconenolie, synthetische ester, enz.;

3) Plantaardige olie;

Epoxyhars

Epoxyhars is een polymeerverbinding. Hars wordt gekenmerkt door een vast, halfvast of quasi-vast organisch materiaal met een onzekere moleculaire massa (meestal hoger), de neiging om te vloeien bij blootstelling aan spanning, en meestal een verzachtings- of smeltbereik, en de vaste dwarsdoorsnede is vaak schelpvormig. Heeft de volgende basiskenmerken:

1) De moleculaire keten is erg lang, elke keten bevat honderden of zelfs tienduizenden atomen, die covalent aan elkaar gebonden zijn;

2) Een lange moleculaire keten bestaat uit de kleinste herhalende eenheid, dat wil zeggen een kettingschakel. Het aantal ketenschakels in een molecuul wordt de polymerisatiegraad genoemd;

3) De totale intermoleculaire kracht van macromoleculen overschrijdt vaak de chemische bindingskracht tussen atomen in het molecuul, waardoor de polymeerverbinding een reeks kenmerken vertoont: er is bijvoorbeeld geen gasvormig polymeer, het polymeeroplosproces is erg langzaam, enz. Als er kruisverbindingen tussen moleculen zijn, is dit kenmerk zelfs nog opvallender.

Epoxyhars verwijst naar een oligomeer dat functionele epoxygroepen bevat. Epoxyhars begon in 1891 te verschijnen. Na 1947 hebben veel bedrijven in de Verenigde Staten en Zwitserland met succes bisfenol A-epoxyhars geïndustrialiseerd en gesynthetiseerd. Ons land begon in 1956 met de productie.

De elektrische isolatie-eigenschappen van epoxymaterialen zijn bijzonder uitstekend. Zonder vulstoffen is de EB van het uitgeharde product hoger dan 16MV/m, pV is hoger dan 1011Ω·m, εr is 3 tot 4 en tanδ is ongeveer 0,002 bij netfrequentie. Daarom worden 20% epoxymateriaal Zuurstofharsen gebruikt voor elektrische en elektronische isolatie. Zo wordt epoxy-impregneerverf gebruikt als klasse B-isolatieverf om de statorwikkelingen van kleine en middelgrote motoren te impregneren; epoxy-oplosmiddelvrije verf wordt gebruikt voor vacuümimpregnatie van statorwikkelingen van grote motoren; laminaten (platen, buizen, staven) worden gebruikt als gleufwiggen en kussentjes voor motoren en bedieningsstangen voor hoogspanningsschakelaars; lijmen worden gebruikt voor het verlijmen van porseleinen bussen met hoge spanning; Castables worden gebruikt voor schijfisolatie in zwavelhexafluoride, volledig omsloten gecombineerde elektrische apparaten (GIS). Componenten zoals isolatoren, transformatoren en keramische hoogspanningscondensatoren. Momenteel zijn de merknamen van in eigen land geproduceerde epoxyharsen of gemodificeerde epoxyharsen nog steeds niet uniform. Verschillende epoxyharsfabrikanten over de hele wereld worden ook anders genoemd en moeten worden geïdentificeerd aan de hand van een handelsmerk.

Epoxyharsen zijn eenvoudigweg oligomeren en moeten vóór gebruik worden uitgehard. Het uithardingsmiddel kan reageren met de epoxyhars om de harsmoleculen van een lineaire structuur naar een lineaire structuur te verknopen. Versneller/katalysator is een additief dat de activeringsenergie van de reactie kan verminderen en het gelreactieproces van het gietstuk kan bevorderen/aanpassen. Het uithardingsmiddel gebruikt de actieve waterstof die het bevat om een ​​ringopeningsadditiereactie uit te voeren met de actieve epoxygroep in de hars om uitharding te bereiken. De actieve waterstof is -NH2, -NH-, -C00H, -OH en -SH in het verharder of de versneller. van waterstof. Algemeen gebruikte hardingsmiddelen omvatten aminen en zuuranhydriden. Sommige uithardingsmiddelen vereisen versnellers/katalysatoren, sommige vereisen omstandigheden bij hoge temperaturen en sommige kunnen heftig reageren bij lage temperaturen. Verschillen in verharders zullen ook leiden tot grote verschillen in de eigenschappen van uitgeharde producten, wat een aanzienlijke impact zal hebben op de uiteindelijke prestaties van het product. Daarom is het erg belangrijk om uithardingsmiddelen in epoxyharsformuleringssystemen te ontwerpen en te selecteren.

Epoxy-isolatie wordt gebruikt in droge transformatoren en is een nieuwe ontwikkeling van de afgelopen 40 jaar. De ontwerplevensduur van de transformatorspoel moet 30 jaar bedragen en het hittebestendigheidsniveau bereikt het F-niveau. Voor gewone materialen is het moeilijk om aan de eisen te voldoen.

Daartoe moeten de gebruikte materialen, hun formulesystemen en processen worden ontworpen, geoptimaliseerd, getest en geverifieerd om de ideale resultaten te verkrijgen. In met hars geïsoleerde, droge transformatoren wordt het epoxyharssysteem gevormd door gieten of dompelen, en vervolgens door hitte uitgehard om spoelisolatie te vormen (dwz longitudinale isolatie). Tijdens de gehele werking van de droge transformator moet de epoxyharsisolatie ook de elektrische isolatie van de spoelen garanderen. en mechanische sterkte, en voert de warmte in de spoel af door thermische geleiding.

De grootste zwakte is de onherstelbaarheid en onherstelbaarheid van defecten en schade aan de harsisolatie (defecten treden doorgaans op tijdens het productieproces en schade treedt op tijdens het gebruik). Daarom is het uiterst belangrijk om scheuren in de vaste isolatie te voorkomen, gietfouten te voorkomen en gedeeltelijke ontlading (dwz gedeeltelijke ontlading) te voorkomen. Het is de sleutel geworden tot de productietechnologie voor solide isolatie en het middelpunt van de concurrentie tussen fabrikanten.

Vanwege de hoge temperatuurstijging veroorzaakt door verliezen tijdens de werking van de transformator, werkt de harsisolatie lange tijd bij hoge temperaturen (de maximaal ontworpen bedrijfstemperatuur van F-klasse transformatoren ligt bijvoorbeeld over het algemeen rond de 140 graden), en de De transformator kan vóór inbedrijfstelling en tijdens onderhoud een hoge temperatuur hebben. Lage temperaturen (zoals -30 graden), en de transformator zal tijdens kortsluiting op elk moment onderhevig zijn aan blikseminslagen met hoge spanning of enorme elektrische energie. Harsgeïsoleerde spoelen moeten zich aan deze veranderingen kunnen aanpassen en bestand zijn tegen elektrodynamische kortsluiting bij extreem hoge en lage temperaturen. Daarom worden er extreem strenge eisen gesteld aan de thermische, mechanische en elektrische eigenschappen van het epoxy-isolatiesysteem.

Er zijn momenteel twee isolatiemateriaalsystemen voor harsgegoten transformatoren: het ene is "puur harsgieten + glasvezelversterking met hoge vullingsgraad", het andere is "harskwartspoedergieten + voorgeïmpregneerd glasrooster lokale versterking".

Het isolatiesysteem (algemeen bekend als de isolatiestructuur) bestrijkt een breder veld dan het isolatiemateriaalsysteem. Het verwijst naar de isolatie van de elektrische apparatuur (of de onafhankelijke componenten ervan), inclusief niet alleen de isolatiematerialen en hun combinaties, maar ook de isolatie en geleiders. Of de relatie tussen magneten, de relatie met elektrische velden, de relatie tussen isolatie en de omringende omgeving (gas of vloeistof en de omstandigheden ervan, oppervlakteverontreiniging, omstandigheden van warmtedissipatie, mechanische kracht of stralingseffecten, enz.), enz., en de aanpassingsvermogen aan de bedrijfsparameters van het energiesysteem. Het is de pasvorm van de isolatie. De luchtstroom- en warmtedissipatieomstandigheden, isolatiespanningsomstandigheden, enz. in droge transformatoren vallen allemaal binnen de reikwijdte van het isolatiesysteem waarmee rekening moet worden gehouden.

Isolerend papier

Plantaardig vezelpapier is onderverdeeld in houtvezels, katoenvezels en hennepvezels. Onder hen is het meest gebruikte zuivere sulfaat-houtpulpvezelpapier. De grondstof is hout. Veelgebruikt naaldhout is Pinaceae-hout, zoals geel grenen, wit grenen en rood grenen. Het hoofdbestanddeel van hout zoals dennen- en rode den is cellulose, een natuurlijke polymeerverbinding. De productiemethode voor isolatiepapier maakt gebruik van chemische methoden, zoals de sulfaatmethode. Bij deze methode is het hoofdbestanddeel van de kookvloeistof natriumsulfide (Na2S). Het natriumsulfide wordt gehydrolyseerd om natriumwaterstofsulfide en natriumhydroxide te genereren. Natriumwaterstofsulfide kan reageren met ander hout dan cellulose. De cellulose reageert en lost deze op in de alkalische oplossing. Het kookvocht is relatief mild, waardoor het molecuulgewicht van de cellulose zeer weinig afneemt. Veelgebruikte plantaardige cellulose-isolatiepapieren in transformatoren zijn onder meer: ​​stroomkabelpapier, hoogspanningskabelpapier en transformatorinterturn-isolatiepapier, enz.

1) Kabelpapier: Kabelpapier is gemaakt van sulfaatpulp. De cijfers zijn DL08, DL12 en DL17. De diktes zijn respectievelijk 0.08 mm, 0,12 mm en 0,17 mm. Het wordt geleverd op rollen. Nadat het kabelpapier is geïmpregneerd met transformatorolie, zullen de mechanische sterkte en de elektrische sterkte aanzienlijk worden verbeterd. De elektrische sterkte van stroomkabelpapier in de lucht is bijvoorbeeld 6 ~ 9 x 103 kV/m, en na het drogen en impregneren van transformatorolie bereikt de elektrische sterkte 70 ~ 90 x 103 kV/m. Het heeft voldoende thermische stabiliteit en wordt meestal gebruikt als wikkelingsisolatie en tussenlaagisolatie. Kabelpapier omvat ook hoogspanningskabelpapier, laagspanningskabelpapier, kabelpapier met hoge dichtheid en isolerend crêpepapier. Hoogspanningskabelpapier is geschikt voor 110-330kV-transformatoren en transformatoren, met een lage diëlektrische verliestangenswaarde; laagspanningskabelpapier wordt gebruikt voor de isolatie van stroomkabels en transformatoren of andere elektrische producten van 35 kV en lager; isolerend crêpepapier is gemaakt van elektrisch isolatiepapier. Gemaakt van kreukverwerking, er zijn rimpels in de dwarsrichting en het wordt uit elkaar getrokken wanneer het wordt uitgerekt. Het wordt vaak gebruikt voor het omwikkelen van isolatie van in olie ondergedompelde transformatoren, zoals het omwikkelen van isolatie van spoelkoppen, leidingen en elektrostatische afschermingsapparaten; Kabelpapier met hoge dichtheid is ook een isolatiemateriaal. Een soort crêpepapier, de elektrische sterkte is 100% tot 150% hoger dan die van gewoon crêpepapier en de mechanische sterkte is 50% hoger. Het heeft een hoge elektrische sterkte, goede oliebestendigheid, goede elasticiteit en is gemakkelijk uit te rekken. Het kan als lood worden gebruikt in plaats van gelakte textieltape. en isolatie van draadverbindingen en bochten.

2) Telefoonpapier: Telefoonpapier is ook gemaakt van sulfaatpulp en wordt vaak gebruikt in telefoonkabels. Het heeft een slechte mechanische sterkte en wordt over het algemeen gebruikt als windisolatie, laagisolatie of afdekkende isolatie van geleiders.

3) Condensatorpapier: Condensatorpapier is afhankelijk van de gebruiksvereisten onderverdeeld in Klasse A en Klasse B. Klasse A-condensatorpapier wordt gebruikt voor diëlektrische condensatoren van gemetalliseerd papier in de elektronica-industrie. Klasse B wordt voornamelijk gebruikt als het diëlektricum tussen de elektroden van vermogenscondensatoren. Condensatorpapier wordt gekenmerkt door hoge dichtheid en dunne dikte. Over het algemeen wordt condensatorpapier vaak gebruikt voor stroomtransformatoren en minder vaak voor transformatoren.

4) Gewonden isolatiepapier: Gewonden isolatiepapier wordt gebruikt als basispapier voor het zelfklevende papier. Het zelfklevende papier wordt gebruikt om de isolatiecilinder (buis) en de capacitieve bus op te wikkelen. Het kenmerk is dat de waterabsorptiehoogte hoger is dan die van kabelpapier en lager dan die van geïmpregneerd papier. Papier. Gompapier is verdeeld in enkelzijdige of dubbelzijdige lijm (fenol- of epoxyhars), die bij lage temperatuur wordt uitgehard. Bij het oprollen van papieren kokers of het persen van gelamineerde producten wordt de lijm uiteindelijk uitgehard door verhitting en druk. , de rol maakt over het algemeen gebruik van enkelzijdige tape en het geperste tapebord maakt gebruik van dubbelzijdige tape. Daarnaast is er diamant-dot-kleefpapier (grid-dot-kleefpapier), dat wordt gebruikt voor de tussenlaagisolatie van in olie ondergedompelde foliegewikkelde spoelen. Na uitharding zorgt het voor de hechting tussen isolatie en tussen isolatie en folie, waardoor de sterkte en oliedoorlaatbaarheid worden verbeterd.

Veelgebruikte isolatiepapieren voor transformatoren zijn kabelpapier, crêpepapier en ruitvormig gestippeld papier, die in transformatoren worden gebruikt als isolatie tussen de windingen, tussenlaagisolatie, loodbinding, enz. Over het algemeen liggen de prijzen van verschillende soorten isolatiepapier rond de dezelfde. Het zal te groot zijn, ongeveer 20 yuan/kg.