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La fiabilité opérationnelle et la durée de vie d'untransformateur, cependant, dépendent dans une large mesure des matériaux isolants utilisés. Les matériaux isolants, également appelés diélectriques, sont des substances à haute résistivité et faible conductivité. Les matériaux isolants peuvent être utilisés pour isoler les conducteurs chargés ou à des potentiels différents et permettre au courant de circuler dans une certaine direction. Dans les produits de transformateur, les matériaux isolants jouent également les rôles de dissipation thermique, de refroidissement, de support, de fixation, d'extinction d'arc, d'amélioration du gradient de potentiel, de résistance à l'humidité, à la moisissure et à la protection des conducteurs. Sous l’action d’une tension continue, seule une très petite quantité de courant traverse le matériau isolant. Sa résistivité (faisant référence à la résistivité volumique dans l'air) est relativement élevée, généralement de 108 ~ 1020Ω·cm (la résistivité des conducteurs est de 10-6~10-3Ω·cm, et la résistivité des semi-conducteurs est de {{ 6}}~108Ω·cm).
Les matériaux isolants ont une très haute résistance au courant continu. En raison de leur résistivité élevée, sous l’action d’une tension continue, à l’exception d’un très faible courant de fuite superficiel, ils sont en réalité quasiment non conducteurs ; tandis que pour le courant alternatif, ils ont une capacité. Le courant électrique le traverse et il est généralement considéré comme non conducteur. Plus la résistivité du matériau isolant est grande, meilleures sont ses propriétés isolantes.
Les matériaux isolants sont utilisés dans les transformateurs pour isoler les parties conductrices les unes des autres et de la terre (potentiel zéro). Lorsqu'ils sont utilisés dans divers supports, ils doivent également présenter de bonnes propriétés mécaniques. En outre, les matériaux isolants jouent également d'autres rôles, tels que la dissipation thermique, le refroidissement, la fixation, le stockage d'énergie, l'extinction d'arc, l'amélioration du gradient de potentiel, la résistance à l'humidité, à la moisissure et à la protection des conducteurs.
Généralement, les matériaux isolants sont divisés en trois catégories :
1) Matériaux d'isolation des gaz : à des températures et des pressions normales, les gaz secs généraux ont de bonnes propriétés d'isolation, telles que l'air, l'azote, l'hydrogène, le dioxyde de carbone, l'hexafluorure de soufre, etc. Parmi eux, l'hexafluorure d'air et de soufre sont utilisés dans les transformateurs. largement;
2) Matériau isolant liquide : Le matériau isolant liquide existe généralement sous forme d’huile, également appelée huile isolante. Tels que l'huile minérale, l'huile végétale, l'ester synthétique, etc. ;
3) Matériaux isolants solides : tels que peinture isolante, colle isolante, papier isolant, carton isolant, carton ondulé, plastiques et films électriques, stratifiés électriques (tiges, tubes), résine époxy coulée, porcelaine électrique, caoutchouc, produits en mica, etc. .
Huile isolante
L'huile isolante se caractérise par une résistance électrique élevée, une foudre élevée, un point de congélation bas, des performances élevées sous l'action de l'oxygène, une température élevée et un champ électrique puissant, non toxique, non corrosif, une faible viscosité et une bonne fluidité. Il est largement utilisé dans les produits électriques tels que les transformateurs, les interrupteurs à huile, les condensateurs et les câbles. Il joue le rôle d'isolation, de refroidissement, d'imprégnation et de remplissage. De plus, il joue également le rôle d'extinction d'arc dans les interrupteurs à huile et de stockage d'énergie dans les condensateurs.
L'huile isolante joue le double rôle d'isolation et de refroidissement dans les transformateurs ;
Les huiles isolantes sont actuellement généralement réparties dans les catégories suivantes :
1) Huile minérale : telle que l’huile de transformateur, l’huile de commutateur, l’huile de condensateur, l’huile de câble ;
2) Huile synthétique : telle que le dodécylbenzène, l’huile de silicone, l’ester synthétique, etc. ;
3) Huile végétale ;
Une résine époxy
La résine époxy est un composé polymère. La résine est caractérisée par un matériau organique solide, semi-solide ou quasi-solide avec une masse moléculaire incertaine (généralement plus élevée), une tendance à s'écouler lorsqu'il est soumis à une contrainte et généralement une plage de ramollissement ou de fusion, et la section transversale solide est souvent en forme de coquille. Possède les caractéristiques de base suivantes :
1) La chaîne moléculaire est très longue, chaque chaîne contient des centaines, voire des dizaines de milliers d'atomes, qui sont liés de manière covalente les uns aux autres ;
2) Une longue chaîne moléculaire est composée de la plus petite unité répétitive, c’est-à-dire un maillon de chaîne. Le nombre de maillons de chaîne dans une molécule est appelé degré de polymérisation ;
3) La force intermoléculaire totale des macromolécules dépasse souvent la force de liaison chimique entre les atomes de la molécule, ce qui fait que le composé polymère présente une série de caractéristiques : par exemple, il n'y a pas de polymère gazeux, le processus de dissolution du polymère est très lent, etc. S'il existe des liens croisés entre les molécules, cette fonctionnalité est encore plus remarquable.
La résine époxy fait référence à un oligomère contenant des groupes fonctionnels époxy. La résine époxy a commencé à apparaître en 1891. Après 1947, de nombreuses entreprises aux États-Unis et en Suisse ont industrialisé et synthétisé avec succès la résine époxy bisphénol A. Notre pays a commencé la production en 1956.
Les propriétés d’isolation électrique des matériaux époxy sont particulièrement remarquables. Sans charges, l'EB du produit durci est supérieur à 16 MV/m, le pV est supérieur à 1011Ω·m, εr est de 3 à 4 et tanδ est d'environ 0,002 à la fréquence industrielle. Par conséquent, 20 % de résines époxy et d’oxygène sont utilisées pour l’isolation électrique et électronique. Par exemple, la peinture d'imprégnation époxy est utilisée comme peinture isolante de classe B pour imprégner les bobinages de stator des moteurs de petite et moyenne taille ; la peinture époxy sans solvant est utilisée pour l'imprégnation sous vide des bobinages de stator des gros moteurs ; les stratifiés (plaques, tubes, tiges) sont utilisés comme cales et tampons pour les moteurs et les tiges de commande des interrupteurs haute tension ; des adhésifs sont utilisés pour coller les traversées en porcelaine haute tension ; les éléments moulés sont utilisés pour l'isolation des disques dans les appareils électriques combinés (GIS) entièrement fermés à l'hexafluorure de soufre, tels que les isolateurs, les transformateurs et les condensateurs céramiques haute tension. À l’heure actuelle, les noms de marque des résines époxy produites dans le pays ou des résines époxy modifiées ne sont toujours pas uniformes. Différents fabricants de résine époxy dans le monde portent également des noms différents et doivent être identifiés par une marque.
Les résines époxy sont simplement des oligomères et doivent être durcies avant utilisation. L'agent de durcissement peut réagir avec la résine époxy pour réticuler les molécules de résine d'une structure linéaire à une structure linéaire. L'accélérateur/catalyseur est un additif qui peut réduire l'énergie d'activation de la réaction et favoriser/ajuster le processus de réaction de gel du béton. L'agent de durcissement utilise l'hydrogène actif qu'il contient pour effectuer une réaction d'addition d'ouverture de cycle avec le groupe époxy actif dans la résine afin d'obtenir le durcissement. L'hydrogène actif est -NH2, -NH-, -C00H, -OH et -SH dans l'agent de durcissement ou l'accélérateur. d'hydrogène. Les agents de durcissement couramment utilisés comprennent les amines et les anhydrides d'acide. Certains agents de durcissement nécessitent des accélérateurs/catalyseurs, d'autres nécessitent des conditions de température élevée et certains peuvent réagir violemment à basse température. Les différences dans les agents de durcissement entraîneront également de grandes différences dans les propriétés des produits durcis, ce qui aura un impact significatif sur les performances finales du produit. Par conséquent, il est très important de concevoir et de sélectionner des agents de durcissement dans les systèmes de formulation de résine époxy.
L'isolation époxy est utilisée dans les transformateurs de type sec et constitue un nouveau développement au cours des 40 dernières années. La durée de vie de conception de la bobine du transformateur doit atteindre 30 ans et le niveau de résistance thermique atteint le niveau F. Il est difficile pour les matériaux ordinaires de répondre aux exigences.
À cette fin, les matériaux utilisés, leurs systèmes de formules et leurs processus doivent être conçus, optimisés, testés et vérifiés afin d'obtenir les résultats idéaux. Dans les transformateurs de type sec isolés en résine, le système de résine époxy est moulé par coulée ou par immersion, puis durci thermiquement pour former une isolation de bobine (c'est-à-dire une isolation longitudinale). Pendant tout le fonctionnement du transformateur sec, l'isolation en résine époxy doit également assurer l'isolation électrique des bobines. et résistance mécanique, et dissipe la chaleur à l'intérieur de la bobine par conduction thermique.
Sa plus grande faiblesse est le caractère irrécupérable et irréparable des défauts et des dommages de l'isolation en résine (généralement, les défauts surviennent pendant le processus de fabrication et les dommages surviennent pendant le fonctionnement). Par conséquent, il est extrêmement important d'éviter la fissuration de l'isolation solide, d'éviter les défauts de coulée et d'éviter les décharges partielles (c'est-à-dire les décharges partielles). Il est devenu la clé de la technologie de fabrication d’isolants solides et le centre de la concurrence entre les fabricants.
En raison de l'augmentation élevée de la température causée par les pertes pendant le fonctionnement du transformateur, l'isolation en résine fonctionne à des températures élevées pendant une longue période (par exemple, la température de fonctionnement maximale conçue pour les transformateurs de classe F est généralement d'environ 140 degrés) et la Le transformateur peut être à des températures élevées avant sa mise en service et pendant la maintenance. Basse température (telle que -30 degrés), et le transformateur sera soumis à tout moment à un impact de foudre à haute tension ou à un énorme impact d'énergie électrique lors d'un court-circuit. Les bobines isolées par de la résine doivent être capables de s'adapter à ces changements et de résister aux impacts électrodynamiques de court-circuit à des températures extrêmement élevées et basses. Par conséquent, des exigences extrêmement strictes sont imposées aux propriétés thermiques, mécaniques et électriques du système d’isolation époxy.
Il existe actuellement deux systèmes de matériaux d'isolation pour les transformateurs en résine coulée, l'un est « coulée de résine pure + renfort en fibre de verre à taux de remplissage élevé », l'autre est « coulée de poudre de quartz en résine + renforcement local de grille de verre pré-imprégnée ».
Le système d’isolation (communément appelé structure d’isolation) couvre un champ plus large que le système de matériaux isolants. Il fait référence à l'isolation de l'équipement électrique (ou de ses composants indépendants), comprenant non seulement les matériaux isolants et leurs combinaisons, mais également l'isolation et les conducteurs. Ou la relation entre les aimants, la relation avec les champs électriques, la relation entre l'isolation et le milieu environnant (gaz ou liquide et ses conditions, contamination de surface, conditions de dissipation thermique, force mécanique ou effets de rayonnement, etc.), etc., et ses adaptabilité aux paramètres de fonctionnement du système électrique C'est l'ajustement de l'isolation. Les conditions de débit d'air et de dissipation thermique, les conditions de contrainte d'isolation, etc. dans les transformateurs de type sec relèvent toutes du système d'isolation qui doit être pris en compte.
Papier isolant
Le papier en fibres végétales est divisé en fibres de bois, fibres de coton et fibres de chanvre. Parmi eux, le plus couramment utilisé est le papier de fibres de pâte de bois au sulfate pur. Sa matière première est le bois. Le bois résineux couramment utilisé est le bois de Pinacées, comme le pin jaune, le pin blanc et le pin rouge. Le composant principal du bois comme le sapin et le pin rouge est la cellulose, qui est un composé polymère naturel. La méthode de fabrication du papier isolant adopte des méthodes chimiques, telles que la méthode au sulfate. Dans cette méthode, le composant principal du liquide de cuisson est le sulfure de sodium (Na2S). Le sulfure de sodium est hydrolysé pour générer du sulfure d'hydrogène de sodium et de l'hydroxyde de sodium. Le sulfure d'hydrogène de sodium peut réagir avec du bois autre que la cellulose. La cellulose réagit et la dissout dans la solution alcaline. Le liquide de cuisson est relativement doux, le poids moléculaire de la cellulose diminue donc très peu. Les papiers isolants en cellulose végétale couramment utilisés dans les transformateurs comprennent : le papier pour câbles d'alimentation, le papier pour câbles haute tension et le papier isolant entre les spires du transformateur, etc.
1) Papier câblé : Le papier câblé est fabriqué à partir de pâte sulfate. Les notes sont DL08, DL12 et DL17. Les épaisseurs sont respectivement de 0.08 mm, 0,12 mm et 0,17 mm. Il est fourni en rouleaux. Une fois le papier du câble imprégné d’huile de transformateur, sa résistance mécanique et sa résistance électrique seront considérablement améliorées. Par exemple, la résistance électrique du papier du câble d'alimentation dans l'air est de 6 ~ 9 × 103 kV/m, et après séchage et imprégnation de l'huile de transformateur, sa résistance électrique atteint 70 ~ 90 × 103 kV/m. Il a une stabilité thermique suffisante et est généralement utilisé comme isolant d'enroulement et isolant intermédiaire. Le papier pour câble comprend également le papier pour câble haute tension, le papier pour câble basse tension, le papier pour câble haute densité et le papier crêpe isolant. Le papier pour câbles haute tension convient aux transformateurs et transformateurs 110-330 kV, avec une faible valeur tangente de perte diélectrique ; le papier pour câbles basse tension est utilisé pour l'isolation des câbles d'alimentation et des transformateurs ou d'autres produits électriques de 35 kV et moins ; Le papier crêpe isolant est fabriqué à partir de papier isolant électrique. Fabriqué à partir d'un traitement anti-rides, il y a des rides dans sa direction transversale et il est séparé lorsqu'il est étiré. Il est souvent utilisé pour envelopper l'isolation des transformateurs immergés dans l'huile, comme l'enveloppement isolant des têtes de bobines, des câbles et des dispositifs de protection électrostatique ; le papier câblé haute densité est également un matériau isolant. Sorte de papier crêpe, sa résistance électrique est de 100 % à 150 % supérieure à celle du papier crêpe ordinaire, et sa résistance mécanique est 50 % supérieure. Il a une résistance électrique élevée, une bonne résistance à l’huile, une bonne élasticité et est facile à étirer. Il peut être utilisé comme laisse à la place du ruban en tissu verni. et l'isolation des connexions filaires et des coudes.
2) Papier téléphonique : Le papier téléphonique est également composé de pâte sulfate et est couramment utilisé dans les câbles téléphoniques. Il a une faible résistance mécanique et est généralement utilisé comme isolant de tour, isolant en couche ou isolant de revêtement des conducteurs.
3) Papier condensateur : Le papier condensateur est divisé en classe A et classe B selon les exigences d’utilisation. Le papier pour condensateur de classe A est utilisé pour les condensateurs diélectriques en papier métallisé dans l'industrie électronique. La classe B est principalement utilisée comme diélectrique interélectrode des condensateurs de puissance. Le papier condensateur se caractérise par une étanchéité élevée et une épaisseur fine. Généralement, le papier condensateur est souvent utilisé pour les transformateurs de courant et moins fréquemment pour les transformateurs.
4) Papier isolant des plaies : Le papier isolant des plaies est utilisé comme papier de base du papier adhésif. Le papier adhésif est utilisé pour enrouler le cylindre isolant (tube) et la traversée capacitive. Sa caractéristique est que la hauteur d'absorption d'eau est supérieure à celle du papier câble et inférieure à celle du papier imprégné. Papier. Le papier gomme est divisé en colle simple face ou double face (résine phénolique ou époxy), qui durcit à basse température. Lors du roulage de tubes en papier ou du pressage de produits laminés, la colle durcit finalement lorsqu'elle est chauffée et sous pression. , le rouleau utilise généralement du ruban adhésif simple face et le panneau de ruban pressé utilise du ruban adhésif double face. De plus, il existe du papier adhésif à points de diamant (papier adhésif à points de grille), qui est utilisé pour l'isolation intercouche des bobines enroulées en feuille immergée dans l'huile. Après durcissement, il assure l'adhérence entre l'isolant et entre l'isolant et la feuille, améliorant ainsi sa bonne résistance et sa bonne perméabilité à l'huile.
Les papiers isolants pour transformateurs couramment utilisés sont le papier pour câbles, le papier crépon et le papier à pois en losange, qui sont utilisés dans les transformateurs comme isolant entre les spires, comme isolant entre les couches, comme liaison au plomb, etc. Généralement, les prix des différents types de papier isolant sont à peu près les mêmes. même. Ce sera trop gros, environ 20 yuans/kg.