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    民熔小課堂|了解配電變壓器的主要材料及其構造(二)
    發表時間: 2021/1/12│ 瀏覽次數:454
    word !important; font-size: 15px;">電纜紙是由硫酸鹽紙漿制造,牌號為DL08、DL12、DL17,厚度分別為0.08mm、0.12mm和0.17mm,成卷供應,電纜紙經民熔變壓器油浸漬后,其機械強度和電氣強度均會有明顯提高,如在空氣中電力電纜紙電氣強度為6~9×103kV/m,而干燥浸漬民熔變壓器油后其電氣強度達到70~90×103kV/m,電纜紙在民熔變壓器的運行中有足夠的熱穩定性,通常用作纏繞絕緣和層間絕緣。

    電纜紙又包括高壓電纜紙、低壓電纜紙、高密度電纜紙及絕緣皺紋紙。高壓電纜紙適用于110~330kV民熔變壓器、互感器,介質損耗角正切值低;低壓電纜紙用于35kV及以下的電力電纜和民熔變壓器或其它電氣產品的絕緣;絕緣皺紋紙是由電工絕緣紙經起皺加工而制成,沿其橫向有皺紋,拉伸時被拉開,常用于油浸式民熔變壓器的繞包絕緣,如線圈出頭、引線及靜電屏蔽裝置的絕緣包扎;高密度電纜紙,也是絕緣皺紋紙的一種,比一般的皺紋紙的電氣強度要高100%~150%,機械強度高50%,電氣強度高,耐油性能好,彈性好,便于拉伸,可替代漆布帶用作引線以及導線連接和彎曲部位的絕緣。

    2、電話紙:電話紙也是用硫酸鹽紙漿制造,常用與電話電纜,它的機械強度較差,一般作為導線的匝絕緣、層絕緣或導體的覆蓋絕緣。

    3、電容器紙:電容器紙按使用要求分為A類和B類,A類電容器紙用于電子工業金屬化紙介電電容器上。B類主要用作電力電容器的極間介質。電容器紙的特點是緊度大,厚度薄。一般電流互感器常采用電容器紙,民熔變壓器用得較少。

    4、卷纏絕緣紙:卷纏絕緣紙用作上膠紙的底紙,上膠紙用來卷繞絕緣筒(管)和電容式套管,其特點是吸水高度高于電纜紙低于浸漬紙。上膠紙分為單面或雙面涂膠(酚醛或環氧樹脂),經低溫固化而成,用上膠紙卷制紙筒或壓制層壓制品時再經加溫加壓時膠最后固化,卷筒一般用單面膠紙,壓制膠紙板用雙面膠紙。此外,還有菱格點膠紙(網格式點涂膠紙),用于油浸式箔繞線圈的層間絕緣,固化后即保證絕緣之間及絕緣與箔之間的粘合,增強了強度又有較好的透油性。

    常規的民熔變壓器絕緣紙中應用較多的是電纜紙、皺紋紙和菱格點膠紙,用在民熔變壓器中作為匝間絕緣、層間絕緣、引線綁扎等,通常,各類絕緣紙價格相差并不會太大,大約均在20元/kg左右。


    05

    電工復合材料


    電工薄膜和電工復合材料具有優良的介電性能,都屬于薄片絕緣材料。電工薄膜有聚酯薄膜和聚酰亞胺薄膜,在民熔變壓器中也可用作導線絕緣、層間絕緣等。電工復合材料是由薄膜的一面或雙面粘合纖維材料而制成的復合制品,在民熔變壓器中可用作層間絕緣,尤其是在干變的箔繞線圈中,低壓線圈通常采用復合材料預浸樹脂后作為層間絕緣。常用的復合材料有DMD、GHG等。

    DMD全名為聚酯薄膜聚酯纖維非織布柔軟復合材料,分為預浸樹脂DMD和非預浸DMD,它是在一層聚酯薄膜(M)兩側粘貼聚酯纖維非織布(D)制成的三層柔軟復合材料。DMD 具有優異的電絕緣性、耐熱性和機械強度以及優異的浸漬性。非預浸DMD可用作油浸式民熔變壓器的層間絕緣,預浸DMD可用作F級干式民熔變壓器的低壓箔繞線圈層間絕緣。

    GHG全名為聚酰亞胺薄膜預浸H級樹脂玻璃纖維柔軟復合材料,它是在一層聚酰亞胺薄膜(H)兩側粘貼玻璃纖維布(G)制成的三層柔軟復合材料。相較于DMD其具有較好的耐熱性,可用于H級絕緣干式民熔變壓器的低壓箔繞線圈層間絕緣。

    NHN全名為聚酰亞胺薄膜聚芳酰胺纖維紙柔軟復合材料,是聚酰亞胺薄膜兩面用H級粘合劑粘合聚芳酰胺纖維紙(Nomex)而成。NHN是目前最高檔的薄層絕緣材料,具有優異的耐熱性、較好的介電性能、較小的吸水性及優良的防潮性能。它屬于H 級絕緣材料,可用于H級干式民熔變壓器的層間絕緣。其具體性能參數如下表所示:


    06

    絕緣紙板


    絕緣紙板是用純硫酸鹽木漿抄紙制成,可用于餅式繞組的油隙墊塊、油隙撐條、隔板、紙板筒、瓦楞紙、鐵軛絕緣、夾件絕緣和端絕緣繞組壓板等,其常用厚度為1.0mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、6mm,絕緣紙板按密度分為低密度紙板、中密度紙板和高密度紙板,低密度紙通常稱為T3軟紙板,密度在0.75g/cm3~0.9g/cm3之間,強度較低,常用于折彎件或經潤濕以后制作拉伸件,如成型角環、環狀件和軟紙筒等。低密度紙板吸油率高,成型性好,但力學性能較差。

    中密度板通常稱為T1紙板,密度為0.95g/cm3~1.15g/cm3之間,用作撐條墊塊等;高密度紙板通常稱為T4硬紙板,密度為1.15g/cm3~1.3g/cm3,用作絕緣紙板筒、絕緣壓板和端圈等。在高壓線圈多層紙筒組成的油-板間隔結構中,也可用瓦楞紙板代替紙板撐條形成油隙,這樣可以在保證絕緣性能的基礎上節省材料。


    07

    聚丙烯薄膜


    聚丙烯薄膜是由聚丙烯樹脂(PP)擠出厚片,經定向拉伸而成,其特點是:

    1、密度小,可拉伸成0.06mm甚至更薄,其密度為0.89g/cm3~0.92g/cm3。

    2、具有較好的電氣性能和化學穩定性,相對介電系數為2~2.2,擊穿打壓大于150MV/m;

    3、具有很好的機械性能,其抗張強度大于100MPa;

    4、可在125℃長期使用,屬于E級絕緣;

    5、具有疏水性,防吸水的能力很強,可用于油浸式民熔變壓器的導線絕緣。


    08

    其他絕緣材料


    民熔變壓器油、絕緣紙是油浸式民熔變壓器線圈的的主要絕緣材料,樹脂、絕緣紙、復合材料是干式民熔變壓器線圈的主要絕緣材料,除了這些材料外,在民熔變壓器中還常用到以下一些絕緣材料:

    1、層壓板:電工層壓制品是由紙、布及木質單板作底材,浸(或涂)以不同的膠粘劑,經熱壓(或卷制)而制成的層狀結構的絕緣材料。根據使用要求,層壓制品可制成具有優良電氣、機械性能和耐熱、耐油、耐霉、耐電弧及耐電暈等特性的制品。層壓制品主要包括層壓板、層壓木、層壓管、棒、電容套管芯和其它特種型材等。層壓制品的性能取決于底材和膠粘劑的性質及其成型工藝。層壓板按照原材料和粘合劑的不同,分為絕緣層壓板(紙板,用于油變)、酚醛層壓紙板(通稱電木板,紙板浸漬酚醛樹脂,用于油變)、酚醛層壓布板(棉布浸以酚醛樹脂,常用于油變)、環氧玻璃布板(玻璃纖維布以環氧樹脂為粘合劑,可用于F級干變或油變)、改性二苯醚玻璃布板(玻璃纖維布以改性二苯醚樹脂為粘合劑,可用于H級干變)、雙馬來酰亞胺玻璃布板(玻璃纖維布以雙馬來酰亞胺樹脂為粘合劑,可用于H級干變)。層壓板通常具有較好的機械強度和絕緣性能,在民熔變壓器中常用作鐵心夾件絕緣、外部支承件等。

    2、絕緣筒(管):民熔變壓器中的絕緣筒主要用于內外線圈間、線圈與鐵心之間,用于線圈內襯骨架,導線直接繞制在絕緣筒上,同時,絕緣筒還可用于主絕緣,增加主絕緣油隙數量,增強絕緣。絕緣筒根據材料的不同,通產共分為酚醛紙筒(常用于油變)、環氧玻璃布筒(常用于油變或F級干變)、改性二苯醚玻璃布筒(常用于H級干變)、玻璃鋼筒(常用于H級干變)、雙馬來酰亞胺玻璃布筒(常用于H級干變)等。

    3、層壓木:電工層壓木選用優質的硬木,如白樺木、山毛櫸等,經70℃~80℃兩次蒸煮,去掉木材本身的木質酸和油脂后,切為1~3mm的單板,干燥后再涂以樹脂膠黏劑,經預固化處理后,經反復組坯疊裝而成,具有良好的絕緣強度和機械強度,在油變中可用作墊塊、角環等的。

    4、綁扎帶:民熔變壓器用綁扎帶有棉布帶、緊縮帶、網狀半干無緯帶、玻璃布帶、聚酯帶等,用于鐵心、線圈的綁扎、收緊等。


    09

    材料結構和附件


    在民熔變壓器中,還有結構材料和附件,結構材料主要起到民熔變壓器支承、磁路、電路加固、民熔變壓器絕緣液封裝等功能,包括夾件、油箱、散熱器、儲油柜等,其主要材料為Q235鋼材,對于油箱箱蓋的出線套管位置常采用無磁鋼以減少渦流,此外民熔變壓器器身內部有時也會在采用無磁鋼或高牌號鋼材。

    民熔變壓器附件主要其性能監測和保護功能,干變中包括溫控器、風機、互感器等,油變中包括氣體繼電器、溫控器、壓力釋放閥、分接開關等,部分附件需求是由客戶提出。
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    01

    絕緣材料


    民熔變壓器運行的可靠性和使用壽命卻在很大程度上取決于其所使用的絕緣材料。絕緣材料又稱電介質,是電阻系數高、導電能力低的物質。絕緣材料可用于隔離帶電或不同電位的導體,使電流按一定方向流通。在民熔變壓器產品中,絕緣材料還起著散熱、冷卻、支撐、固定、滅弧、改善電位梯度、防潮、防霉和保護導體等作用。

    絕緣材料在直流電壓作用下,只有極微小的電流通過。它的電阻系數(指在空氣中的體積電阻系數)比較高,一般在108~1020Ω·cm(導體的電阻系數是10-6~10-3Ω·cm, 半導體的電阻系數為10-3~108Ω·cm)。

    絕緣材料對直流電流有非常大的阻力,由于它的電阻率很高,在直流電壓作用下,除了有極微小的表面泄漏電流外,實際上幾乎是不導電的;而對交流電流則有電容電流通過,也一般認為是不導電的。絕緣材料的電阻率越大,其絕緣性能也就越好。

    絕緣材料在民熔變壓器中用以將導電部分彼此之間的導電部分對地(零電位)之間的絕緣隔離,用于各種支承件時,還應具有良好的力學性能。另外,絕緣材料還起到其它的作用,如散熱冷卻、固定、儲能、滅弧、改善電位梯度、防潮、防霉和保護導體等作用。

    通常情況下,絕緣材料分為三類:

    1、氣體絕緣材料:常溫常壓下,一般的干燥氣體具有較好的絕緣性能,如空氣、氮氣、氫氣、二氧化碳、六氟化硫等,其中,空氣和六氟化硫在民熔變壓器中應用比較廣泛;

    2、液體絕緣材料:液體絕緣材料通常以油狀存在,又稱絕緣油。如礦物質油、植物油、合成酯等;

    3、固態絕緣材料:絕緣漆、絕緣膠、絕緣紙、絕緣紙板、瓦楞紙板、電工塑料及薄膜、電工層壓板(棒、管)、澆注成型的環氧樹脂、電瓷、橡膠、云母制品等。


    02

    絕緣油


    絕緣油其特點是電氣強度高、閃電高、凝固點低,在氧、高溫、強電場作用下性能溫度,無毒、無腐蝕性,粘度小,流動性好等特點。其在民熔變壓器、油開關、電容器和電纜等電工產品中廣泛使用,起絕緣、冷卻、浸漬及填充作用,另外,在油開關中還起滅弧作用,在電容器中還起儲能作用。

    絕緣油在民熔變壓器中同時起絕緣和冷卻的雙重作用;

    絕緣油目前通常分為以下幾類:

    1、礦物質油:民熔變壓器油、開關油、電容器油、電纜油;

    2、合成油:十二烷基苯、硅油、合成酯等;

    3、植物質油;


    03

    環氧樹脂


    環氧樹脂是一種高分子化合物。樹脂特點是一種固體、半固體或準固體有機材料,分子質量不確定(通常是較高),承受應力時有流動傾向,通常有一個軟化或熔化范圍,且固體斷面常呈現貝殼狀,其具有以下基本特征:

    1、分子鏈很長,每條鏈包含成百甚至上萬個原子,彼此以共價鍵連;

    2、長分子鏈由最小重復單元即鏈節組成,一個分子中的鏈節數稱為聚合度;

    3、大分子的分子間總力往往超過分子內原子間的化學鍵力,從而使高分子化合物出現一系列特性:例如沒有氣態聚合物、聚合物溶解過程很慢等,若分子間有交聯,則該特點更為特出。

    環氧樹脂是指含有環氧官能團的低聚物,1891年開始出現環氧樹脂,1947后美國、瑞士多個公司相繼工業化合成成功雙酚A環氧樹脂。我國于1956年開始生產。

    環氧材料的電氣絕緣性能尤其突出,不加填料時,固化物的EB高于16MV/m,pV高于1011Ω·m,εr為3~4,工頻下tanδ約0.002,因此,20%環氧樹脂都用于電氣電子絕緣,例如環氧浸漬漆作為B級絕緣漆,浸漬中小型電機定子繞組;環氧無溶劑漆用于大電機定子繞組的真空浸漬;層壓制品(板、管、棒)用作電機的槽楔和墊塊、高壓開關操作桿;粘結劑用于高壓電瓷套管的粘結;澆注料用于六氟化硫全封閉組合電器(GIS)中的盤形隔離絕緣子、互感器和高壓陶瓷電容器等的部件。

    環氧絕緣用于干式民熔變壓器,是近40年的新發展。民熔變壓器線圈設計壽命要求達到30年,耐熱等級達到F級,一般材料難以達到要求。


    04

    絕緣紙


    植物纖維紙分為木質纖維、棉纖維和麻纖維,其中最常用的為純硫酸鹽木漿纖維紙,其原料為木材,常用的是軟木中的松杉科木材,如黃松、白松、紅毛杉和紅松等木材,主要成分為纖維素,是一種天然的高分子化合物。絕緣紙制造方法采用化學法,如硫酸鹽法,該方法中蒸煮液主要成分為硫化鈉(Na2S),硫化鈉水解,生成硫化氫鈉和氫氧化鈉,硫化氫鈉能和纖維素以外的木質素發生反應,將其溶于堿液中,該蒸煮液比較溫和,故纖維素的分子量下降很少。民熔變壓器中常用的植物纖維素絕緣紙有:電力電纜紙,高壓電纜紙和民熔變壓器匝間絕緣紙等。

    1、電纜紙: