充油電氣裝置內部主要絕緣材料的效能

2021-03-04 09:50:43 字數 3658 閱讀 1448

充油電氣裝置內部的主要絕緣材料有變壓器油、紙和紙板等a級絕緣材料,當執行年限為20年左右時,最高允許溫度為105℃。

變壓器油的耐電強度、傳熱性及熱量都比空氣好得多,因此目前國內外的電氣裝置,特別是大中型電力變壓器和電抗器、電流互感器、電壓互感器等基本上都採用油浸式結構,並且變壓器油起著絕緣和散熱的雙重作用。

執行中的變壓器油質量標準如表2-1所示。

表2-1 執行中變壓器油質量標準

執行中變壓器油的質量隨著老化程度與所含雜質等條件不同而變化很大,除能判斷變壓器故障的專案(如油中溶解氣體色譜分析等)外,通常不能單憑任何一種試驗專案作為評價油質狀態的依據,應根據幾種主要特性指標進行綜合分析,並隨變壓器電壓等級和容量不同而有所區別。表2-2為執行中變壓器油常規檢驗週期及檢驗專案。

表2-2 執行中變壓器油常規檢驗週期及檢驗專案

由於充油電氣裝置容量和執行條件的不同,油質老化的速度也不一樣。當變壓器油的ph值接近4.4或顏色驟然變深,其他某項指標接近允許值或不合格時,應縮短檢驗週期,增加檢驗專案,必要時採取有效處理措施。

充油電氣裝置的內絕緣常採用油紙絕緣結構,所用的植物纖維紙及其製品包含電纜紙、**紙、皺紋紙、金屬皺紋紙、點膠絕緣紙、絕緣紙板等。

變壓器油與絕緣紙相結合構成的油紙絕緣結構具有很高的耐電強度,比兩者分開單獨的(油和紙)任何一種材料都高得多。由於油的絕緣強度和介電係數低於纖維質,油承受較大的電場強度,因此,用紙把油分成一定數量的小油隙,既可以消除油中纖維雜質的積累而不易形成「小橋」,又可以使電場均勻,提高絕緣的電氣強度。

油紙絕緣的缺點是油和紙兩者均易被汙染,只要含百分之幾的雜質,影響就相當嚴重。因此,在工藝過程中要盡可能地獲得較純淨的油和紙,並根據此選擇合適的工作場強,才能保證變壓器絕緣結構的可靠性。

1.絕緣紙

紙的分子結構有羥基,巨集觀上為多孔結構,極易吸引水分,在正常大氣條件下含水分為7%~9%,飽含時可達15%。紙易被乾燥,即使在空氣中加熱也可乾燥至含水分僅0.1%,而在真空中可大大提**燥速度。

由於紙和水的親和力較油和水的親和力強,因此,一般紙都從油中吸收水分,並且紙吸收水分後不會與油平均分擔水分而影響耐電強度、絕緣老化和機械強度。同時還應指出,紙在乾燥過程中不僅很難驅出紙層中的最後殘存水分(約0.1%),而且一般在乾燥的最後階段極易伴有熱老化分解而放出的水分,兩者難以直接區分。

紙受熱能分解放出氣體的比例約為h2o:co:co2=70:

12:18,其中co、co2是由紙纖維焦化所致。由於變壓器絕緣中纖維上承擔的工作場強並不高,通常不需要乾燥到含0.

1%水分這一危險臨界值。實際上,不僅紙的熱老化與水分和氧的存在有關,也與其他引數有非常複雜的關係。一般說來,除非紙被油完全浸透,否則紙中都會有空氣或其他氣體的空隙。

空隙所分擔的電壓比紙高得多,如果空隙發生區域性放電,將會使油紙絕緣逐漸腐蝕絕緣而最終導致損壞。

①電纜紙。電纜紙是充油變壓器主要絕緣材料之一,一般是由未漂白硫酸鹽紙漿經抄紙而製成。在充油電力變壓器中,一般採用dlz-08和dlz-12型電纜紙,其厚度分別為0.

08mm和0.12mm。電纜紙主要用作導線絕緣、紙圈層間絕緣和引線包紮絕緣等。

對於超大型高壓電力變壓器,為了提高紙圈匝絕緣的電氣強度,可採用高氣密性、高均勻性的絕緣紙,如厚度為0.075mm和0.045mm的紙圈匝絕緣紙。

0.075mm絕緣紙的衝擊和工頻擊穿場強比dlz-08型電纜紙提高27.6%~36%。

為了提高絕緣紙的耐熱性,近年來國內外研製成了多種改性的耐熱絕緣紙,如將紙漿在有鹼性觸媒下使纖維素與氰乙烯起化學反應,以氰乙基換普通纖維分子中最容易老化的第一羥基,經氰化處理後的使用溫度可提高20℃。如果使用溫度不變,氰化紙可延長使用壽命,並能減輕變壓器的重量。

②**紙。**紙由硫酸鹽紙漿製成,主要用作線圈導線絕緣和線圈端的端絕緣。在充油電力變壓器中採用型號為dh-50型的**紙,其厚度為0.

5±5%mm,卷成寬度為500±10mm紙捲。

③皺紋紙。皺紋紙是將底紙為纖維絕緣紙的絕緣紙經加工而成。各種皺紋紙的引申率分別為15%,20%,30%,50%,100%,200%和300%,目前採用的皺紋紙型號為jw-50,底紙分低密度和高密度兩種。

以高密度纖維絕緣紙為底紙和單方向引伸率為20%的皺紋紙,一般用作匝絕緣。底紙厚度為0.075~0.

125mm,並有兩種不同的顏色。當第二層與第一層匝間絕緣顏色不同時,容易發現第一層絕緣紙有無跑層現象。

以高密度纖維絕緣紙為底紙和具有雙方向引伸率的皺紋紙,一般用作引線絕緣。這種皺紙的底紙厚0.1mm,包括皺紋高度為0.

45mm,長度方向引申率為50%,垂直於長度方向引申率為20%。由於它可使引線彎曲時最小半徑小於絕緣後引線外徑的4倍,加之浸油效能好,抗張強度、撕裂強度和伸長率都比電纜紙高,因此,目前在變壓器線圈的引線中已廣泛採用這種皺紋紙包紮絕緣。

④金屬皺紋紙。在底紙為0.075mm的纖維絕緣紙一面上粘0.

0075mm的鋁箔,可製成0.5mm厚的金屬皺紋紙。它的引申率至少為60%,可用作電遮蔽材料。

由於它有較高的引申率和柔軟性,可製成任意形狀的光滑表面,即可製成寬度為1000mm的大張金屬皺紋紙帶,也可製成寬度為12.5,20,25,30,40,50,75,100mm等的金屬皺紋紙帶。

⑤點膠絕緣紙。如在底紙厚度為0.08~0.

5mm纖維絕緣紙的單面或雙面塗以環氧樹脂膠點,可製成膠層厚度為0.0125~0.025mm、黏合強度達450kpa的點膠絕緣紙,可作為層間絕緣。

這種紙在120℃或150℃分別烘焙80min或40min後,膠層固化而使各層紙粘固在一起,機械強度增加,當用作中小型變壓器層式線圈的層間絕緣時,可使抗短路機械力的能力有所提高。同時,由於絕緣紙上的樹脂塗層是呈點膠狀,塗層在溶化與固化過程中僅有微量樹脂滲透於纖維紙中,從而可保證絕緣材料中氣體的排出和油的浸入,可將區域性放電對絕緣的損壞程度減少到最小。

2.絕緣紙板

它由木質纖維或摻有適量棉纖維的混合紙漿經抄紙、压光而製成。目前有木質纖維和棉纖維各佔一半的50/50型和不摻棉纖維的100/100型兩種紙板。

從表2-3中的纖維程度可以看出,,棉纖維中含99%以上純α纖維素,而木纖維中的α纖維素只佔80%左右,並還含一定的β纖維素和木質。易吸收水分的β纖維素和木質混合在一起將增加吸濕能力,同時也增強纖維的結構作用。木質具有離子交換樹脂的作用,對熱穩定較差的β纖維素的電離現象可起到催化作用,即

h2o+co+co2=h2co3→h++co32-1)

表2-3 棉不纖維物理效能比較

由於β纖維素和木質的存在,基於上述化學反應中電離現象的催化作用,連鎖反應將促進熱分解,因此木纖維熱效能不夠穩定。

在變壓器絕緣中,絕緣紙板被廣泛用作主絕緣的隔板(紙筒)、線圈間支撐條、墊塊、線圈的支撐絕緣和鐵軛絕緣。在110kv級以上變壓器中用作隔板、角環等的絕緣紙板,通常採用型號為100/100,其厚度有0.5,1.

0,1.5,2.5和3mm,目前已開始採用4~8mm的厚紙板。

隨著製造超高壓和特高壓大型及特大型充油電力變壓器的需要,國內外都在不斷的提高絕緣紙板的效能,如瑞士weidmann公司的t系列絕緣紙板、美國dubeent公司的芳香族聚醯胺紙板都顯示良好的高耐熱性和機械效能。由於絕緣紙和絕緣紙板的介電係數εz為4.5左右,變壓器油的介電係數εy僅為2.

2,而油紙絕緣在交流電壓下紙層的場強ey按ez:ey = εy:εz分布,油隙是油紙絕緣結構的薄弱環節。

因此,在木質纖維中適當摻合低介電係數(2.1~3.8)組分的合成樹脂纖維的紙板,在超高壓大容量變壓器製造中有良好的應用前景。

同時,由於採用紙漿成型的絕緣件穩定性好,強度適中,可以提高絕緣結構的可靠性。因此,國內已研製出各種由紙漿成型的絕緣件,以此來解決超高壓電力變壓器絕緣結構和引線絕緣問題。

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