侵害。
对于低压线圈采用箔式结构,在变压器的生产厂家中很有些人持有异议。他们认为:
a. 低压线圈采用箔式结构由于起头、完头母线的引出会影响线圈的圆度,变压器短路时,在受径向力的作用下线圈易于变形、引出母线处的绝缘易于开裂。
b. 低压箔式线圈不真空浇注,没有树脂层保护,线圈容易受潮。 c. 低压箔式线圈不真空浇注,没有牢固、结实的树脂层,在变压器短路时,承受机械力冲击的能力必然就差,所以变压器的动稳定性能差。
在a.中所谈到的问题,是有道理的。一些厂家的低压箔绕线圈确实在短路试验时出现过问题,但是,这个问题在变压器结构设计时,采取一定的措施,譬如在线圈的径向支撑上合理地放置撑条等方法,是可以有效地解决的。
对于b.中提到的问题,应该从低压箔式线圈的结构去分析,我厂生产的箔式线圈虽然不是整体真空浇注,但由于它采用了F级绝缘等级的预浸环氧树脂DMD复合箔做层间及内外径侧表面的绝缘,并在外径侧用强力热收缩带紧紧地包扎起来,线圈的上、下端部用环氧树脂灌封后,再进行热固化处理。所以,这样制作出来的低压箔式线圈是一个紧密结合在一起的整体。水分、灰尘及腐蚀性气体是根本无法侵入到线圈内部。绝无受潮的可能。
要回答c.中提到的问题,我们首先应该搞清楚树脂绝缘层的主要作用是什么?应该说,对于树脂绝缘干式变压器线圈内的树脂主要是起电气绝缘的作用。环氧树脂具有良好的电气绝缘性能,比起非包封的干式变压器,树脂绝缘干式变压器可以做得体积小、重量轻,而且由于把高电压的带电导体严密地包封在树脂中,可以有效地防止异物
对线圈内部绝缘的破坏。绝对不能说,树脂浇注线圈就是靠着这些这些环氧树脂层来承受全电压短路时所产生的强大的机械力的冲击。在上万公斤机械力的作用下,薄薄的树脂层是不堪一击的。铜的弹性模数为1.25×106kg/cm2,铝的弹性模数为0.7×106kg/cm2,而固化后的环氧树脂混合料的弹性模数只有0.45×106kg/cm2。所以,依靠树脂层来抵抗短路机械力的冲击是不可能的。
要使变压器的线圈具有标准规定的动稳定性能,主要靠的是合理、正确的电磁设计和结构设计,主要靠的是线圈中导体的抗机械力冲击的能力。油浸变压器中的线圈并没有用什么材料包封住,内部及四周都是变压器油,但它也必须具有标准规定的动稳定性能。无论是油浸变压器还是干式变压器在设计中都没有把线圈上包封什么材料作为保证其动稳定性能的要素之一。线圈能够承受住短路机械力冲击的极限值是与线圈导体总截面的惯性矩成正比,而线圈导体总截面的惯性矩与导体沿径向层数的三次方成正比。低压箔式线圈是由整张的铜箔(或铝箔)绕制而成的,一匝即是一层,层数多,线圈导体总截面的惯性矩比绕线式的低压线圈要大得多。固化后的低压箔式线圈是一个坚实的刚体,具有很强的承受短路机械力冲击的能力。
2.绝缘材料方面
(1)绝缘材料的耐热等级
因为大部分生产厂家所使用的都是F级的绝缘材料了,所以这里就只简单地说明两个问题。
①各种绝缘等级的干式变压器,它的正常使用条件是相同的。无论是IEC726,还是GB6450都规定出干式变压器的正常使用环境温度是:最高气温+40℃,最高日平均气温+30℃,最高日平均气温+20℃,最低气温-15℃(户内式)、-30℃(户外式)。很清楚,并不
是绝缘等级越高的干式变压器,它使用的环境温度就可以越高,作为干式变压器的生产厂家,它肯定要合理地使用不同等级的绝缘材料,技术上要力争使产品达到高水平的性能指标,经济上要充分利用绝缘材料特性,尽量地降低产品的选取,结构的布置等方面尽量使线圈的温升接近F级绝缘材料所允许的限值,充分发挥该种绝缘材料的特点。
②从超铭牌额定负载的能力来看,高绝缘等级的干式变压器较之低绝缘等级的干式变压器要差一点,这主要是因为随着负载的增加,高绝缘等级干式变压器线圈热点温度增加幅度比低绝缘等级干式变压器的大,在相同的过负载情况下,高绝缘等级干式变压器线圈绝缘的寿命损失也大的缘故。当然,这并不是说就应该使用低绝缘等级的干式变压器,而不用绝缘等级高的干式变压器。使用什么样的干式变压器,要对技术、经济指标等多方面的因素进行综合的考虑,不能够绝对的肯定和否定。
(2)填料
电气产品在使用环氧树脂作为绝缘填料时,都必须在其中添加适当比例的填料,混合起来使用。填料的主要作用是:增加机械强度,防止树脂层的开裂;延长树脂绝缘材料的电气寿命;提高树脂材料的热传导率等。目前国内、外生产树脂绝缘干式变压器所使用的填料主要是两种:石英砂(硅微粉)和玻璃纤维。
①填料的添加可防止树脂的开裂。在环氧树脂中添加填料后,不仅可以提高树脂混合料的弹性模数,增强其机械强度,而且还可以使固化后的树脂的热膨胀系数与注填其中的铜、铝导电材料的热膨胀系数相近,将热应力抑制到最小程度。 材料 铜 热膨胀系数 1/℃ 17×10-6 铝 环氧树脂 石英砂 玻璃纤维 23×10-6 60×10-6 10×10-6 5×10-6 环氧树脂与铜、铝的热膨胀系数值相差很大,若单独将环氧树脂与铜、铝浇注于一起,是很容易产生开裂的。若是以石英砂或玻璃纤维作为填料加在树脂中,则该混合料与铜、铝的热膨胀系数的差值可以大大地缩小。可以用下面的公式简单地计算出添加填料后树脂混合料的热膨胀系数值:
lgβc=Vm×lgβm+Vf×lgβf
式中 βc—树脂混合料的体积膨胀系数 βm—树脂的体积热膨胀系数 βf—填料的体积热膨胀系数 Vm—混合料中树脂的体积占有率 Vf—混合料中填料的体积占有率
一般填料的体积占有率在60%左右,这样我们就可以推算出不同填料时的树脂混合料热膨胀系数:
以石英砂为填料时 βc =21×10-6 1/℃ 以玻璃纤维为填料时 βc =14×10-6 1/℃
可以看出:对于铝导体,使用以石英砂为填料的环氧树脂混合料;对于铝导体,使用以玻璃纤维为填料的环氧树脂混合料,都可以有效减小因材料的热膨胀系数不同,在线圈内部温度发生变化时而产生的热应力,有利于防止线圈树脂层的开裂。另外,填料的添加还可以降低树脂固化收缩率,避免在线圈热固化过程中产生的树脂开裂,也可以提高树脂的抗蠕变及抗疲劳的性能。
一般来说,使用玻璃纤维做填料,由于纤维与树脂粘接得好,比
用石英砂做填料在抗裂性能上要好一些。特别值得注意的是,当石英砂做填料时,对线圈固化各阶段加热温度、加热时间等工艺上的要求是非常的严格,否则树脂层就可能有开裂现象产生。最近几年我国引进的以石英砂做填料的干式变压器技术都在线圈的内、外径侧加有目孔较大的玻璃纤维编织网,这实际采用的是复合填料的办法。由于,采用复合填料的环氧树脂混合料较之仅以石英砂为填料的环氧树脂混合料的韧性值大得多,所以具有优良的抗开裂性能。
另外,使用经过有机硅烷偶联剂处理过的所谓“活性硅微粉”,可以使树脂和石英砂之间用化学键联结起来,使原来的简单的物理混合改变成为彼此间发生了交链反应,呈现出填料的活性,从而增加了树脂与填料交界面间的结合力,提高了环氧树脂绝缘材料的机械强度和抗开裂性能。
②填料的添加也使得环氧树脂绝缘材料的介电性能发生了很大的改变。
a. 介电常数ε 材料 环氧树脂 石英砂 玻璃纤维 介电常数ε 3.3-3.6 约为4.5 约为6.3 在环氧树脂中加入填料后,树脂混合料的介电常数是由树脂、填料各自的介电常数及填料的填充量所决定的。可以按下式计算出树脂混合料的介电常数近似值:
εc=Vm×εm+Vf×εf
式中 εc—树脂混合料的介电常数 εm—环氧树脂的介电常数 εf—填料的介电常数