Trafode isoleermaterjalide hetkeseisu ja arengusuundumused

Isolatsioonimaterjal on trafodes üks olulisemaid materjale.

Esiteks mõjutavad selle jõudlus ja kvaliteet otseselt trafo töö usaldusväärsust. Viimase kahe aastakümne jooksul on Transformeri uued tooted, uued tehnoloogiad ja uued teooriad seadme isolatsioonimaterjalides pidevalt esile kerkinud ja arenevad, muutes trafo isolatsioonimaterjalid ja selle rakendamine väga oluliseks teemaks.

1. trafo isolatsioonimaterjalide praegune olukord Hiinas

1.1 Trafo isolatsioonimaterjalide ülevaade

Kuna kodutööstus on täiustatud välismaiste tehnoloogiate kasutuselevõtu, iseseisvalt assimileerumise ja uuendamise ning tootmisvõimsuse laienemise kaudu, on trafotoodete mitmekesisus, kvaliteet ja maht oluliselt paranenud. Vastavalt elektriseadmete praeguse keskmise isolatsiooni materjali tarbimise määrale on see paigaldatud võimsusega 65 tonni 10 MW kohta. Sellest saame hinnata, et isolatsioonimaterjalid moodustavad märkimisväärse osa elektriseadmetest. Samal ajal määravad trafode töökindluse ja kasutusaja suuresti kasutatavad isolatsioonimaterjalid. Isolatsioonimaterjalid saavad trafodisainerid ja tootjad üha suuremat tähelepanu.

Isolatsioonimaterjalid, tuntud ka kui dielektrilised materjalid, on kõrge takistusega ja madala juhtivusega ained. Neid materjale kasutatakse juhtivate osade isoleerimiseks erinevates elektripotentsiaalides, tagades, et elektrivool voolab konkreetses suunas. Transformerites mängivad isolatsioonimaterjalid ka rollid soojuse hajumise, jahutamise, toetamise, kinnitamise, kaare mahasurumise, pinge gradientide, niiskuse ennetamise, hallituse ennetamise ja juhi kaitse parandamisel.

Isolatsioonimaterjalid klassifitseeritakse nende soojustustaseme järgi järgmiselt: Y (90 kraadi), A (105 kraadi), E (120 kraadi), B (130 kraadi), F (155 kraadi), H (180 kraadi) ja C (üle 180 kraadi). Trafo isolatsiooni materjalide soojus vastupidavuse tase viitab maksimaalsele temperatuurile, mida isolatsioonimaterjal trafo vastu talub. Kui materjale kasutatakse õigesti, saavad nad tagada 20- -aastase kasutuse. Vastasel juhul lühendatakse nende eluiga vastavalt 8-kraadisele reeglile (näiteks A-klassi isolatsiooni eluiga vähendatakse poole iga 8-kraadise temperatuuri tõusu korral, B-klassi isolatsioon väheneb 10 kraadi võrra ja H-klass väheneb 12 kraadi võrra). Seda reeglit tuntakse kui "8 -kraadise termilise vananemise reegel".

Isolatsioonimaterjalide jõudlus on tihedalt seotud nende molekulaarse koostise ja struktuuriga. Trafo isolatsioonimaterjale on mitut tüüpi, mida tavaliselt klassifitseeritakse nende vormi järgi gaasiliste, vedelate ja tahkete isolatsioonimaterjalidena.

1.2 gaasilised isolatsioonimaterjalid

Trafodes kõige sagedamini kasutatav gaasiline isolatsioonimaterjal on SF6 (väävelheksafluoriid). SF6 on mittetäielik gaas, millel on väga stabiilsed füüsikalised ja keemilised omadused. SF6 kasutamise eelised trafodes on olulised, nagu allpool kirjeldatud:

Tuletõrje ennetamine: SF6 gaasi isoleeritud trafode (GIT) peamine eelis on nende paremad tulekindlad omadused. SF6 on mittepõletav gaas ning selle füüsikalised ja keemilised omadused on väga stabiilsed.

Kõrge pinge ja suur võimsus: SF6 gaasi isoleeritud trafod on ainus tüüp, mis on võimeline saavutama kõrge pinge ja suuri võimalusi tulekindlates ja katastroofikindlates trafodes. Praeguseks on kogu maailmas kasutatavad tulekindlad trafod enamasti kuiva tüüpi trafod (sealhulgas epoksüvaigu vaigud kuivad trafod ja H-klassi avatud õhutatud kuivade trafod) ja GIT-id. Kuiva tüüpi trafode kõrgeim pinge peetakse üldiselt 35 kV-ks, mahutavusega 20 mVa, samas kui GITS võib jõuda 275-500 kv ja 300 mVani. Hiina praegustes linnavõrgude versiooniuuendustes nõuavad paljud linnad kesklinnas (mõned neist on maa -alused alajaamad) 110-220 kv alajaamade loomist, mis tõenäoliselt suurendab nõudlust GIT -i järele.

Kosmose säästmine: Giti jalajälg on umbes sama kui sama mahutavuse ja pingetasemega õli-nihutatud trafodel ning see ei vaja täiendavaid tulekahjude summutamise seadmeid. Kui aga kombineeritakse täielikult suletud lülitusseadmega (GIS), saavad GIT -id otse GIS -iga ühenduse luua, välistades vajaduse kaablipeade ja muude lisaseadmete järele, vähendades seega oluliselt alajaamade jaoks vajalikku ruumi. Paljud ülemeremaade alajaamad on seda kasu näidanud.

Kõrguse vähendamine: GIT-id ei vaja naftahoidlaid, seega on nende kõrgusega võrreldes naftaga trafodega umbes 20% madalam, mis on soodne tsiviilehituskulude vähendamiseks maa-alustes alajaamades.

Keeruline struktuur ja kõrged kulud: Kuigi gittide üldine struktuur on sarnane nafta-nihutatud trafode struktuuriga, mõjutavad SF6 gaasi isoleerivad omadusi suuresti sellised tegurid nagu gaasirõhk, elektrivälja ühtlus ja tolmusisaldus. Selle tulemusel pole GITS mitte ainult struktuuri poolest keerukamad, vaid nõuavad ka tootmiskeskkondade ja protsesside kõrgemaid standardeid. Lisaks sellele aitavad need tegurid kaasa SF6 madalama soojuse hajumise võimele võrreldes trafoõliga ja asjaolu, et välimine korp on survestatud anum, suuremad toorainekulud, muutes gitid kallimaks.

Müra. Seetõttu ei saa veenvalt öelda, et gitid on alati vaiksemad kui õli-nihutatud trafod.

Ülekoormusvõime: SF6-gaasi soojuse hajumise halva hajumise tõttu on GIT-ide ülekoormus ainult umbes kaks kolmandikku naftatranspordi trafodest.

(8) Laadimispinge reguleerimisega GIT-i jaoks tuleb kasutada vaakum-tüüpi koormavahetust. Selliste suurepinge ja suurema mahutavusega rakendustes kasutatavate laadimisvahendite jaoks on praegu raskusi nende kodumaal tootmisel. Impordile tuginemine suurendab paratamatult kogukulusid.

1.3 Vedela isolatsioonimaterjalid

Trafodes kasutatav peamine vedela isolatsioonimaterjal on trafoõli, mis tagab isolatsiooni, soojuse hajumise ja kaare supressiooni.

1.3.1 Traditsiooniline trafoõli

Traditsiooniline trafoõli on nafta rafineerimise kõrvalsaadus. Selle põhikomponentide hulka kuuluvad alkaanid, nafteensed küllastunud süsivesinikud ja aromaatsed küllastumata süsivesinikud.

Praegu on kõige sagedamini kasutatavad trafoõlid 25# (valamispunkt ei ole kõrgem kui -25 kraad) ja 45# (kui valamispunkt pole kõrgem kui -45 kraad). Järgnevalt on toodud trafoõlide tüüpilised jõudlusnõuded:

Madal tihedus: See aitab tagada õli vesi ja lisandid.

Mõõdukas viskoossus: Liiga kõrge viskoossus mõjutab konvektiivset soojuse hajumist, samas kui liiga madal vähendab välkpunkti.

Kõrge välkpunkt: Ideaalis ei tohiks välkpunkt olla madalam kui 136 kraadi.

Madal valamispunkt: See tagab, et õli on efektiivne madalatel temperatuuridel.

Lisandite madal sisunagu happed, alused, väävel ja tuhk: need tuleks minimeerida, et vältida isolatsioonimaterjalide, juhtmete ja õlimahutite korrosiooni.

Madal oksüdatsiooni kraad: Õli ei tohiks läbida liigset oksüdatsiooni.

Piisav stabiilsus: Stabiilsust tähistab tavaliselt happenumbrite test, mis tähistab õli võimet vananemisele vastu seista.

1.3.2 leegilukiv õli

Transformerite ebapiisava tulekindluse tõttu on välja töötatud leegilugevad õlid. 1970. aastate alguses, Transformeriõli alternatiivide otsimise ajal, nõuti, et asendusõli tuletõrjepunkt ei tohiks olla madalam kui 300 kraadi ja see ei tohiks tulekahju levitada. Ehkki 300 kraadi on suvaline temperatuuri väärtus, aktsepteeriti seda laialt leegiaegluse sobiva näitajana, kuna see on enam kui kaks korda suurem kui trafoõli tuletõrjepunkt.

Juba 1950ndatel leiutas USA silikooniõli ja esimene silikoonõli trafo tutvustati 1974. aastal. 1977. aastal tootis Ühendkuningriigi GEC-ettevõte esimese trafo, kasutades leeginurgana sünteetilist esterit (nimetatakse M õli). 1980ndate alguses arendas Ühendkuningriik Formeli õli (nimetatakse F-naftaks) ja esimest F-naftatrafot toodeti 1983. aastal. Viimastel aastatel on USA DSI ettevõte järjest töötanud välja naftapõhised leegipühad õlid, sealhulgas õli, õli ja polü {9}} olefiinid. Nende jõudlusnäitajad on toodud tabelis 1:

1.3.3 Taimeõli

1. juulil 2008 töötas Siemens Energy välja trafo, kasutades taimeõlipõhist isolatsiooni vedelikku, Saksamaa elektriettevõtte ENBW jaoks. Praegu kasutab ENBW Transformereid selle uue isolatsioonivedelikuga Teinachi alajaamas, mis asub Saksamaa edelaosas Bad Teinach-Zavelsteini lähedal. Eesmärk on hinnata ja registreerida nende trafode toimivust reaalsetes tingimustes. Siemensi uues trafodes kasutatav isolatsioonivedelik on valmistatud looduslikest estritest, mis on saadud sellistest taimeõlidest nagu rapsiseemned, sojaoa, päevalill jne. See suurendab tunduvalt vedeliku välgupunkti ja tagab täieliku biolagunevuse. Lisaks ei põhjusta need vedelikud veereostust, muutes need sobivaks rangete keskkonnaeeskirjadega aladele.

Lisaks on need trafod tihedalt suletud, et vältida õhku saamist isolatsioonivedelikuga, mis võib põhjustada negatiivset mõju. See tihendamine pikendab trafo tööiga ja suurendab selle kandevõimet, vähendades sellega kommunaalteenuste töökulusid.

1.4 Tahke isolatsioonimaterjalid

Transformerites kasutatavad tahked isolatsioonimaterjalid viitavad isoleermaterjalidele, mis on tahkes vormis või mis on keemiliste või füüsiliste muutuste kaudu muundatud tahkeks olekuks. Seal on laias valikus tahkeid isolatsioonimaterjale, näiteks isoleerpaber, isoleeriv laud, elektriline lamineeritud puit, epoksülapiga laualauad, madala dielektrilise kaduga lamineeritud lauad, isoleeriv lakk, isoleeriv liim, puuvillariidelint, tihenduslint, võrgusilmaga ühendatud polüesterlint jne. Naftavigadega trafode jaoks on kõige olulisemad tahke isolatsioonimaterjalid järgmised:

1.4.1 isoleeriv paber

Isolelatsioonipaber jaguneb kahte kategooriasse: taimekiudude paber ja sünteetiline kiudaine paber. Tselluloosi erinevad molekulaarsed struktuurid määravad isoleerpaberi erinevad immutamatuse, mehaanilised omadused ja elektrilised omadused.

1.4.1.1 Puhas sulfaadi puidumassi isoleeriv paber

Hiinas levinumad isoleer paberi tüübid hõlmavad järgmist:

Toitekaabel: Kasutatakse toitetrafodes või muude elektritoodete isolatsiooniks, millele on hinnatud 35 kV ja allpool. See toode jaguneb kolme klassi: DLZ-V, DLZ-A ja DLZ-B, paksusega 80 μM, 130 μM ja 170 μM. See on saadaval rullides.

Kõrgepinge kaabelpaber: Kasutatakse trafode jaoks, mille nimi on vahemikus 110 kV kuni 330 kV, saadaval ka rullides.

Trafo mähise isolatsioonipaber: Teatud tüüpi kõrgepinge kaabelpaber, kuid parema jõudlusega, mis sobib 500 kV trafo, trafo ja reaktorite jaoks.

Telefonipaber: Valmistamata sulfaadi puitmassist, mida kasutatakse peamiselt telefonikaablite tootmisel, ehkki mõned trafotootjad kasutavad seda ka trafo tootmisel. Seda kasutatakse ka krepppaberi isoleerimiseks. Telefonipaber jaotatakse kolme klassi: A, B ja C, koos kommunikatsioonikaablite jaoks kasutatavate A- ja B klassidega. See on kahes spetsifikatsioonis: dh -50 ja dh -75, rullvormis.

Isoleeriv krepppaber: Valmistatud elektrilise isolatsioonipaberist, mida on töödeldud kortsude loomiseks. Kortsud pikendatakse paberi venitamisel. Krepipaber on saadaval erinevates pikenemiskiirustes ja seda kasutatakse tavaliselt õliga nihutatud trafo mähiste, näiteks plii, plii ja isoleerivate mähiste isolatsiooniks.

1.4.1.2 Nitraadiga isoleerpaber

Denisoni paber, tuntud ka kui nitraadiga paber, toodetakse ditsükloheksüülamiini, etüleentsüaniidi ja muude kemikaalide lisamisega paberimassile. USA Denison Company toodetud artiklis on hea mehaaniline tugevus ja sobiv pikenemine pärast kortsumist ja kalendrit. See on ideaalne materjal trafo mähiste isoleerimiseks, tagades tiheda pakkimise ilma turseta.

1.4.1.3 Sünteetiline kiudainepaber

Nomexi paber, toodab Dupont USA-s, on kuumakindel sünteetiline kiudaine paber. Selle põhikomponent on aromaatne polüamiid, mis pakub suurepäraseid termilisi vananemisomadusi. Isegi kõrgetel temperatuuridel 250 kraadi hoiab see kõrge pinnatakistuse (10¹³ ω/cm²) ja mahutakistuse (10¹ ω/cm³). Nomex® isolatsioonipaberi elektrilised omadused on silmapaistvad ja nende võib kokku võtta järgmiselt:

0. 01 madal dielektriline kaotus laias sagedusvahemikus temperatuuril kuni 200 kraadi.

Suhteline dielektriline konstant on ainult 1. 5-2. 5, madalam kui paljudes tavaliselt kasutatavates isolatsioonimaterjalides.

Dielektriline lagunemispinge 35 kV/mm võimsuse sagedusel, pinna tühjenemiseks kõrge initsiatsioonipingega.

Head mehaanilised omadused, niiskusekistus ja leegi aeglustumine.

1.4.1.4 Varjestuselektroodide isolatsioonimaterjalid

Pooljooneline kaabelpaberon valmistatud 100% pleegitamata sulfaadi puidumassist. See hõlmab süsinikukiude või muid materjale, mis kontrollivad pinnatakistust vahemikus 10⁴ Ω kuni 10⁶ Ω. Pooljuhtiv kaabelpaber, mida tuntakse ka kui pooljuhtide paberit, on saadaval nii ühevärvilistes kui ka bikolooritüüpides. Elektrivälja ühtluse tagamiseks kasutatakse seda peamiselt kõrgepingejuhtumite ja kõrgepinge elektriseadmete varjestamiseks.

Metallitud krepppaber: Põhipaber on värviline kaabelpaber, ühel küljel on alumiiniumfoolium. Kaabel paber ja alumiiniumfoolium kleepuvad koos liimiga ja seejärel kortsutatakse. Seda kasutatakse elektrostaatiliste plaatide, staatiliste ekraanide, otsarõngaste, juhtmete ja välimiste klemmide isoleerimiseks ja varjestamiseks.

Metallpaber: Aluspaber on {{{0}}. Seda kasutatakse maapinna ja staatilise varjestuse jaoks.

1.4.2 Isolatsioonilaud

Lamineeritud papp on valmistatud sulfaadi puidumassist. Seda kasutatakse õlivahete, vahetükkide, papist torude, lainepaberi, ikke isolatsiooni ja trafo mähiste otsaisolatsiooni jaoks. See on saadaval madala tihedusega (T3 pehme papp), keskmise tihedusega (T1 papp) ja suure tihedusega (T4 kõva papi) tüüpi. Laua moodustava protsessi andmetel saab seda toota kas kuuma survega või kalendripapina.

Isoleerivad torud: Neid on pehmete ja kõva papi, fenoolvaigu papist, epoksüklaasist riidest torudes ja klaaskiustorudes. Need moodustavad mähiste luustiku ja isolatsiooni.

Lainepappkasutatakse vahetükkide asendamiseks ja paberitorude vahel õlilünkade moodustamiseks. See isolatsioonistruktuur aitab säästa isolatsioonimaterjali, tagades samas hea soojustuse jõudluse. See on kahte tüüpi: suured vahelduvad lained ja pidevad väikesed goftid.

Elektrilised lamineeritud tooted on valmistatud paberist, riidest ja puidust spoonidest alusmaterjalidena, immutatud erinevate liimidega ja seejärel kuumproovitud või haavatud lamineeritud konstruktsioonideks. Nende toodete hulka kuuluvad lamineeritud tahvlid ja lamineeritud puit. Lamineeritud toodete jõudlus sõltub alusmaterjali, liimi ja vormimisprotsessi olemusest. Praegu kasutatakse suurtes trafodes laialdaselt kvaliteetset elektrilise lamineeritud puitu ja lamineeritud pappi.

1.4.3 vormitud isoleerivad osad

Elektriväljade ühtlus vormitud isoleerivates osades on ülioluline. Kuid Hiinas vormitud isoleerivate osade tootmistase ja võime on piiratud, eriti muunduri trafo ridade isolatsioonis kasutatavate peamiste isoleermaterjalide puhul, kus terved liiniseadmed tuginevad endiselt impordile.

2. Trafo isolatsiooni materjalide arengusuund Hiinas

Hiina majanduse kiire arengu ja lääne arengustrateegiaga, eriti pärast eelmise aasta majanduskriisi, on valitsuse ulatuslikud investeeringud elektritööstusesse stimuleerinud trafotööstuse kasvu oluliselt. Pingetasemed on kiiresti eskaleerunud 500 kV -lt 750 kV -ni ja 1, 000 kV ning ± 500 kV ja ± 800 kV muunduri trafod on edukalt testinud. Nõudlus peamiste isolatsioonimaterjalide järele, näiteks suure tihedusega suureformaadilise isoleeriva papi, vormitud isoleerivate osade ja muunduri trafode täielikud jooneseadmed kasvavad jätkuvalt ja jääb puudust.

Arvatakse, et eelmisel aastal nõudis Hiina trafotööstus 30, 000 tonni suure tihedusega suureformaadilist isoleerpapi ülikõrge pingega trafode jaoks. Sisetoodang on siiski piiratud, ainult Taizhou Weideman toodab üle 8, 000 tonni aastas, mis nõuab märkimisväärset importi.

Täpsemalt, suure tihedusega suureformaadilise isoleeriva papi tootmistehnoloogia jääb välismaiste ettevõtete poolt kontrolli alla, mõjutades ja piirates Hiinas ülipinge ja muunduri trafode tootmist.