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介绍一下电子变压器中使用的绝缘纸

来源:http://www.cublak.com 作者:白山市骨架变压器有限公司 时间:2020-02-22 05:05

  根据一个多世纪实践经验表明:用于大型高压电子变压器上最佳的绝缘材料是浸油的纤维质材料,主要是绝缘纸和绝缘纸板。除了电子变压器油和绝缘纸、绝缘纸板以外,电子变压器中还有许多绝缘材料可以应用,如酚醛制品、环氧制品、塑料制品、层压木等固体材料;N2、SF6、CO2等气体绝缘材料;聚酰芳胺绝缘纸(Nomex纸)、12变压器硅油、α油、β油等耐热等级较高的材料。这些材料在性能上各有特点,一般应用在一种特定的环境中。

  今天我司主要介绍一下电子变压器中的绝缘纸1.油浸电子变压器中常用的绝缘纸绝缘纸是油浸电子变压器中最常用的绝缘材料。它是由未漂硫酸盐纤维素制成的,纸中的主要成分是α一纤维素,它是由葡萄糖基组成的聚合度高达2000的链状高聚合碳氢化合物。纤维素(C6H10O5)分子结构呈链状,纤维之间呈多孔状,因此具有透气性、吸水性和吸油性,击穿电场强度、机械强度和耐热性均不高。但干燥浸渍电子变压器油后,电气性能非常良好。绝缘纸的缺点是易被污染,污染后的纸的电气性能将大大下降,因此要求绝缘纸的生产厂在生产过程中要严格控制杂质进入纸和纸板中。12变压器绝缘纸极易吸收水分,在一般的大气条件下,其水分含量约为6%~9%,因此使用时必须去除其中的水分。

  绝缘纸的老化首先引起机械性质的劣化,然后是绝缘强度降低,只要绝缘纸能保持其机械强度,不被烧焦成碎片,它将在电气性能上继续保持令人满意的性质。判断绝缘纸的老化除了绝缘纸的抗拉强度降低以外,还可根据纸的化学性质,即分子聚合度来进行判断。聚合度直接与纸的破裂强度有关,聚合度越低破裂强度越低。12变压器聚合度从新牛皮纸的1000~1300降低到150,实际上意味着绝缘完全破坏。水分会显著加速老化过程。当绝缘纸在室温下与相对湿度100%的空气接触,可吸收约15%的水:在60%相对湿度时,绝缘纸吸收约8%的水;在20%相对湿度下吸收约4%的水(百分值指重量)。然而,在温度130℃含4%水时(此含水百分值表示老化过程开始时的含水量)绝缘纸的老化率比含0.5%水时高20倍。(绝缘纸在老化分解过程中会产生水。分解出的水、二氧化碳和一氧化碳的比率为70:12:18。)绝缘纸中存在的水除了加速老化外还有其他作用。在水的作用下绝缘纸的介质损失系数提高了。把纸的平均含水量降低到0.5%以下可以避免水的有害影响。引起绝缘纸老化的另一个因素是存在氧气。根据实验室试验结果,绝缘纸老化率在有氧气时最多增加两倍。常用的匝绝缘纸有电话纸、皱纹纸、电缆纸以及500kV电子变压器专用的匝绝缘纸。几年前国内部分电器设备制造厂(如电缆厂、电瓷厂、电子变压器厂等)在高电压产品上采用芬兰TERVAKOSKI 绝缘纸作为匝绝缘纸,使用情况良好。导线匝绝缘除了承受正常和过电压的电场作用以外,在电子变压器外部短路时,要承受短路电流产生的电动力的作用;还要承受通过电流时长期的热的作用,热的作用使纸绝缘的聚合度降低,绝缘纸变脆,最终导致绕组在振动或电子变压器短路时的电动力作用下发生短路而损坏。因此,导线匝绝缘需要满足绝缘强度、耐热强度和机械强度灯几方面的要求。油浸绝缘纸的绝缘强度比单独的油和纸的绝缘强度高很多。这是由于纸在两者一起时的作用是使油分成小的油隙,而纸是纤维紊乱排列的物质,且未受到充分的挤压,它可使油在纤维和纸层间形成极小的油体积,其绝缘强度要比同样油在大油隙时的绝缘强度高许多。油浸绝缘纸的绝缘强度是由这些很小的油体积的强度决定的,新电子变压器中的油浸纸绝缘的绝缘强度是200~400kV/cm,它的介电常数约3.5.含水分的油浸纸绝缘的绝缘强度的影响主要在热状态下。在室温下,水分在3%及以下时,击穿强度实际上不变,即使水分达到6%时,它的击穿强度仍为初始值的80%左右,如图1-1

  所示。图1-2示出80℃时油浸纸样的击穿电压作Ub为含水量的函数。可以看出,当含水量增加到6%时,在只有电绝缘击穿作用(如在雷电冲击电压作用下)其击穿强度降到它最初的50%,而在6%含水量时,在热和电相结合作用下(工频强度),击穿强度仅是最初值的15%。水分含量还影响油纸绝缘抗局部放电的性能。试验证明,纸中含水量是3%以下时,观察不到油纸绝缘在局部放电作用下其性能有明显变化。为了保持绝缘强度在指定水平并降低电子变压器绝缘的老化,油纸绝缘系统的水分含量应保持在规定水分以下,纸的含水量最好低于0.5%,油的含水量最好低于2×10-5。然而,在油一纸一水三种成分组成的系统中,一定量的水分在一定温度下是分布在纸和油中,如果失去平衡,水会从油中转移到纸中或从纸中转移到油中,这两种物质吸水的特点是不同的。随着温度增加,油的吸湿能力也在增加,而纸的吸湿能力却下降,因此电子变压器中一定总量的水分的分配在较低温度时与高温时不同。如在90℃油中有2×10-5水时,若纸的含水量为0.8%,达到平衡状态(即油和纸之间不存在水分转移)。空气或其他气体存在于油一纸绝缘系统中有类似有害的作用。如果忽视对纸的充分脱气,绝缘中将会保留气泡和空隙,由于这些气泡使纸的绝缘强度降低,此外,因为空气的介电常数低于纸的介电常数,所以气泡中的电场强度将比纸中的电场强度高很多。局部放电的另一起因是在高电场强度作用下,纸中水分形成的气泡。这种气泡可能在场强低到10KV/cm时发生,它决定于纸中含水量,但对非常仔细认真干燥后的纸,临界场强会达到极高的水平。

  2.其他绝缘纸(1)耐热绝缘纸。电子变压器中有时会使用耐热等级要求高的绝缘纸。在干式电子变压器中,由于散热条件差,更有使用耐热等级高的绝缘纸的要求。Nomex聚酰芳胺绝缘纸就是耐热纸中的一种,它有如下一些特点:1) 连续处于220℃下,性能稳定,短时可到350℃。2) 在250℃下不熔化、不燃,在温度低于250℃下电气性能良好;在较高温度和相对湿度下性能稳定。3) 在干燥及在油中运行期间,尺寸比较稳定;在液体冷却介质中,高温时不会热裂解,并且不会释放出气体和二次产物。4) 在干燥及在静态和动态负荷下,在190℃的矿物油中厚度收缩较小。5) 在油中介电常数较低,约为3.4。6)与许多漆、电子变压器油、硅油、树脂,碳氟化合物相容。7)在油及空气中都有良好的介电特性,且受含气量的影响较小。8)在油中有良好的局部放电强度,在相同的条件下,试验击穿时间约为纤维素的10倍。9)力学性能好,可以成型、柔软,可浸渍和各种黏结剂黏结是机械黏结,而非化学结合。聚酰芳胺绝缘纸牌号有410、411和414。410型Nomex绝缘纸是压光纸,411型Nomex绝缘纸是未压光纸,密度为0.3g/cm3,电气性能和力学性能较低,但浸渍性好,在电子变压器中做主绝缘和隔板用。Nomex纸在高温和高湿度下仍能保有原有的电气和力学性能。(2)气体绝缘电子变压器绕组的导线匝绝缘。气体绝缘电子变压器绕组的导线匝绝缘需要采用耐热等级为E级的材料,通常使用的是聚酯薄膜PPS(聚苯硫醚聚酯薄膜)和PET(聚对苯二甲酸乙二醇脂聚酯薄膜)。

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