Porucha vnútornej izolácie transformátorov je pre transformátory vždy najvážnejším a najnákladnejším problémom. Vysoká úroveň skratovej{1}}sily moderných elektrických sietí môže spôsobiť vážne poškodenie transformátorov po poruche izolácie. Ale neskoršie straty, ako napríklad neschopnosť veľkých generátorov pokračovať vo výrobe elektriny, sú často závažnejšie a majú väčší vplyv ako poškodenie samotných transformátorov.
Neustály nárast dopytu po elektrickej energii viedol k zväčšeniu veľkosti generátorov a zvýšeniu prenosového napätia. Zodpovedajúce požiadavky vyžadujú, aby sa menovitá kapacita a napätie transformátora tiež neustále zvyšovali, aby sa zachovala synchronizácia. Preto od 50. rokov minulého storočia existuje obmedzený rozsah fyzických rozmerov a prepravnej hmotnosti transformátorov. Odvtedy sa menovité napätie a kapacita transformátorov zvyšovali, ale neprekročili svoje vonkajšie limity, čo je v plnej miere pripisované lepšiemu využitiu vnútorných rozmerov izolácie (metóda konečných prvkov sa dá použiť na lepšiu analýzu rozloženia dielektrického napätia v izolácii). Dôležitým aspektom izolácie je životnosť transformátorov, ktorá je takmer úplne závislá od štruktúry a stavu izolácie. Transformátory musia byť schopné prispôsobiť sa životnosti 40 rokov alebo viac, čo môže vysvetľovať, prečo sa na transformátoroch kladie čoraz väčší dôraz na vykonávanie nárazových testov, prevádzkového prepätia a čiastočných výbojov. Na druhej strane sa distribučné transformátory zmenšili a cenová konkurencia medzi výrobcami je čoraz tvrdšia. Vďaka zlepšeniam a inováciám vo výrobe izolačných materiálov a špecializovaných izolačných komponentov sa dosiahli výrazné úspory nákladov.
Moderné transformátory sú takmer všetky transformátory ponorené do oleja, ale prvé transformátory používali azbest, bavlnu a nízkokvalitné papierové prítlačné dosky, pričom vonkajším médiom bol vzduch. V 20. storočí znamenalo používanie impregnovaného izolačného papiera významný technologický pokrok. Čoskoro sa však zistilo, že vzduch a impregnovaný izolačný papier nespĺňajú požiadavky na tepelnú kapacitu novo vyvinutého transformátora ponoreného do oleja. Tieto nové transformátory boli izolované sulfátovým papierom a papierovými prítlačnými doskami a okolo roku 1915 boli pridané izolačné valce vyrobené z kotúčov sulfátového papiera impregnovaných fenolovou živicou. Týmto izolačným materiálom je zvyčajne lepiaci papier zo syntetickej živice, ktorý sa používal vo väčšine transformátorov pred šesťdesiatymi rokmi a dodnes má v transformátoroch rôzne využitie. Zvyčajne sa používa v oblastiach s nízkou intenzitou elektrického poľa, ale vysokou mechanickou pevnosťou.
1. Kraft papier
Papier je známy ako najlacnejší a najlepší elektroizolačný materiál. Elektroizolačný papier musí spĺňať určité fyzikálne a chemické normy, ako aj požiadavky na elektrický výkon. Všeobecne povedané, elektrický výkon závisí od fyzikálnych a chemických vlastností papiera. Dôležité elektrické vlastnosti papiera sú nasledovné: má vysokú dielektrickú pevnosť; Dielektrická konštanta izolačného papiera ponoreného do oleja je blízka dielektrickej konštante oleja; Nízky účinník (dielektrická strata); Neobsahuje vodivé častice.
Dielektrická konštanta kraftového papiera je približne 4,4 a dielektrická konštanta transformátorového oleja je približne 2,2. V izolačných systémoch zložených z rôznych materiálov je sila poľa každým materiálom nepriamo úmerná jeho dielektrickej konštante. Napríklad v izolačnom systéme transformátora z vysokého-na nízkeho napätia- bude sila poľa v oleji dvojnásobná ako v papieri (alebo papierovej prítlačnej doske). Konštruktéri transformátorov dúfajú, že dielektrická konštanta papiera je bližšia k dielektrickej konštante ropy, takže sila poľa znášaná týmito dvoma bude tiež bližšia.
Kraft papier je vyrobený z nebielenej buničiny mäkkého dreva ošetrenej síranmi; Dôvodom, prečo sa bielenie nevykonáva, je obava, že zvyškové bieliace činidlo ohrozí jeho elektrický výkon. Výsledkom tohto procesu sú zvyškové slabo alkalické látky v papieri s hodnotou pH 7-9, čo sa líši od nízko-nákladovej úpravy sulfitom bežne používanej pri výrobe novinového papiera, pri ktorej vzniká kyslá buničina. Obsah kyselín povedie k rýchlej degradácii molekúl vlákien s dlhým reťazcom, čo vedie k zníženiu mechanickej pevnosti na neprijateľnú úroveň ako elektrická izolácia.
Polená boli najprv rozomleté na fragmenty pomocou karbidu kremíka alebo podobných brúsnych kotúčov vo svojich výrobných oblastiach v Škandinávii, Rusku alebo Kanade. Chemická úprava síranom môže eliminovať väčšinu ostatných zložiek v dreve. Napríklad lignín, uhľohydráty, parafín atď., pričom nakoniec zostane len celulóza. Celulóza difunduje do vody a po vypustení vody zanecháva vrstvu drevnej buničiny. V tomto štádiu sa môže suchá drevná buničina posielať do špecializovaných papierní.
Procesy-výroby papiera používané výrobcami izolačných materiálov sa líšia a dokonca aj v špecializovaných papiernických dielňach-budú ich metódy spracovania závisieť od vlastností požadovaných pre hotový výrobok. Nasleduje prehľad výrobného procesu špeciálnej-výrobne na výrobu tlakových dosiek na papier vysokej kvality v Spojenom kráľovstve, z ktorej môžete vidieť časť obsahu, ktorý je súčasťou tohto procesu. Ako už názov napovedá, papierové prítlačné dosky môžu zvýšiť svoju hustotu, zlepšiť drsnosť povrchu a zvýšiť mechanickú pevnosť určitými kompresiami počas výrobného procesu. Výroba papierovej tlakovej lepenky je kontinuálny proces, pri ktorom sa papier formuje na rotujúcom valci s jemnými okami a z viacerých vrstiev papiera sa vyrábajú hrubé listy. Ďalším jednoduchším procesom je výroba jednotlivých hárkov kartónu na horizontálnom sieťovom stole bez akejkoľvek úpravy tvarovaním alebo valcovaním, ale ako sa očakávalo, čím zložitejší je výrobný proces, tým spoľahlivejšia a stabilnejšia je kvalita výsledného kartónu.
Celý proces začína opätovným šľahaním. Účelom hádzania zväzkov suchého celulózového papiera do veľkého množstva vody je odstrániť všetky stopové chemické látky, ktoré v ňom zostávajú počas fázy výroby suchej buničiny. Jednotlivé vlákna je potrebné stlačiť a zjemniť vo vlhkom stave, aby sa väčšia časť ich povrchu vystavila vode. Pevnosť papiera alebo kartónu je určená hlavne väzbovou silou medzi vláknami a stav napätia samotných vlákien je oveľa nižší ako ich medza pevnosti. Tieto fyzikálne a chemické väzbové sily sa nazývajú „vodíkové väzby“ a vytvárajú sa medzi molekulami celulózy. Ovplyvňuje ich najmä forma a stupeň procesu čistenia.
Vlákna sa týmto spôsobom čistia a potom sa zmiešajú s ďalším množstvom vody a na hĺbkové čistenie sa používa viacstupňové odstredivé separačné zariadenie, aby sa odstránili malé hrudky vlákien, ktoré sa nedajú úplne rozbiť alebo sa môžu vytvoriť. Vyčistené vlákna možno ďalej čistiť. Separácia môže tiež eliminovať cudzie látky, ako sú kovové častice prenášané procesom čistenia. Potom zmes vlákien a vody vstupuje na široké rotačné valcové filtračné sito. Pri prechode vody cez filtračné sito sa vlákna odfiltrujú a vytvoria papierovú vrstvu. Odstráňte papierovú rúrku z kruhového plsteného pásového filtra a preneste ju na tvarovací valec. Pás plsti bude ďalej odstraňovať vlhkosť z vlákien a môže na seba naskladať päť alebo šesť vrstiev buničiny pred odoslaním do tvarovacieho valca. Potom pokračujte v odstraňovaní vlhkosti a vyrábajte papier s požadovanou hrúbkou, pevnosťou a obsahom vlhkosti pôsobením tepla a tlaku pri otáčaní valcov. V tomto štádiu možno proces zvoliť podľa charakteristík papiera, ako napríklad proces CLUPAK, ktorý môže zvýšiť predĺženie papiera alebo zlepšiť stupeň roztierania „stabilizátora“. „Stabilizátor“ označuje zlúčeniny{10} obsahujúce dusík, ako je melamín, ktorý môže zlepšiť tepelnú odolnosť papiera. Nasledujúce kapitoly budú podrobne rozvádzať tieto dve otázky. Jas a hustotu papiera je možné získať kalandrovaním papiera. Pri kontrolovanom obsahu vysokej vlhkosti sa papier valcuje ťažkými oceľovými valcami a potom sa suší zahrievaním bez tlaku.
V suchom stave buničitej vrstvy môže vzájomná väzba medzi vláknami získať iba vlastnosti celulózy. Celulóza je sacharid s vysokou molekulovou hmotnosťou zložený z viacerých glukózových monomérov so stupňom polymerizácie približne 2000.
Polovičné molekuly vlákniny sú druhou hlavnou zložkou čistenej drevnej buničiny. Ide o sacharidy so stupňom polymerizácie pod 200. V rámci určitej koncentrácie urýchľujú proces vodíkovej väzby, ak však koncentrácia presiahne 10 %, mechanická pevnosť papiera klesá. Ďalšou nevýhodou molekúl hemicelulózy je, že dokážu „zadržiavať“ vodu, čo sťažuje sušenie papiera.
Korkové vlákno je najvhodnejšie na výrobu elektroizolačných materiálov, pretože má dĺžku vlákna 1-4 mm, čo mu dáva maximálnu mechanickú pevnosť. Avšak malé množstvo buničiny z tvrdého dreva sa môže pridať aj do korkovej buničiny, podobne ako zliatiny, a výsledná zmes má zvyčajne lepšie vlastnosti v porovnaní s akoukoľvek jednotlivou zložkou.
2. Bavlnené vlákno
Bavlnené vlákno je veľmi čistá celulóza, ktorá sa v Spojenom kráľovstve používa už mnoho rokov. Na výrobu izolačného papiera s lepšou elektrickou pevnosťou a mechanickými vlastnosťami ako čistý kraft papier bol vyrobený materiál nazývaný "utierka". Bavlna má dlhšie vlákna ako drevná buničina, ale jej vnútorná sila molekulárnej väzby nie je príliš dobrá. Bavlna je vlákno, ktoré je hladšie ako drevo, takže vyžaduje viac úsilia v drvení a čistení, aby sa vyrobili rozvetvené zlúčeniny, zabezpečili sa potrebné spojovacie polohy a dosiahla sa požadovaná mechanická pevnosť izolačného papiera. Tento druh spracovania sám o sebe ho robí drahším ako iné materiály a nezahŕňa náklady na suroviny.
Keď sa tento typ papiera prvýkrát použil na elektrickú izoláciu v tridsiatych rokoch 20. storočia, bavlnené vlákna pochádzali zo zvyškov odevných tovární z bavlnenej priadze, ktoré si do určitej miery udržiavali konkurencieschopnú cenu s čistým kraftovým papierom. V posledných rokoch bola táto prax prerušená, pretože bavlnená tkanina obsahuje určitý podiel syntetických vlákien a iných látok, čo znemožňuje zloženie strúhanej tkaniny zaručiť čistotu a{2}}bez znečistenia. Ľudia preto našli nový zdroj papierenských surovín. Vlákno je krátke vlákno z bavlnárskych závodov, ktoré je zvyškom dlhej strižovej bavlny po pradení a tkaní. Zamatové vlákno je vlákno získané priamo z dlhej strižovej bavlny a jeho dĺžka a kvalita sú vhodné na výrobu-kvalitných izolačných materiálov. Môžu byť použité ako "prísady" alebo suroviny pre spomínaný proces výroby papiera, alebo ako čisté bavlnené vlákna, alebo ako odpadové bavlnené vlákna spriadané z novej bavlny. Bavlnené vlákna môžu byť tiež zmiešané s kraftovou papierovou buničinou, čím sa získa izolačný papier, ktorý kombinuje výhody elektrických a mechanických vlastností, ako aj maximálnu kapacitu absorpcie oleja. Požiadavka na schopnosť papiera absorbovať olej má veľký význam. Na papierovú izoláciu medzi vysokonapäťovými a nízkonapäťovými vinutiami a medzivrstvovú papierovú izoláciu vysokonapäťových vinutí distribučných transformátorov sa vyžaduje, aby bola schopná úplne preniknúť do oleja aj v podmienkach vysokého vákua, ktoré je ťažké úplne preniknúť.
Iné vlákna, ako je manilské konope a juta, môžu byť tiež použité na výrobu špeciálneho výkonného papiera, ktorý spĺňa špecifické elektrické požiadavky, ako napríklad v kondenzátoroch a kábloch. Britská norma BS5626 „Fibre Paper for Electrical Purposes“ je komplexný dokument súvisiaci s IEC60554, ktorý uvádza základné typy a vlastnosti izolačného papiera. Obsiahlym dokumentom je aj európska norma EN60641 „Papierová lepenka a tenká lepenka pre elektrické použitie“.
3. Špeciálny papier
Rôzne typy izolačného papiera boli opísané skôr, každý so svojimi špecifickými vlastnosťami, ktoré môžu spĺňať potreby špeciálnych aplikácií. Pred uzavretím tohto obsahu je potrebné podrobnejšie preskúmať vývoj a súvisiace vlastnosti štyroch ďalších špeciálnych papierov, ktoré si zaslúžia pozornosť, aby vyhovovali špeciálnym potrebám transformátorového priemyslu. Tieto štyri typy papiera sú nasledovné: pokrčený papier, papier s vysokou prieťažnosťou, papier odolný voči vysokej teplote a priľnavý papier s diamantovou mriežkou.
Zvlnený papier je prvý špecializovaný papier. Je vyrobený s nepravidelným zvrásnením, aby sa zväčšila hrúbka a predĺženie v smere dĺžky papiera. Zvyčajne je narezaný na pás šírky 25 mm, ktorý je vhodný najmä na ručné navíjanie na elektrostatický krúžok medzi olovené spoje alebo vnútorné koncové koláče vinutia. Jeho rozťažnosť umožňuje, aby sa tesne ovinul okolo nepravidelných tvarov alebo sa v prípade potreby ohýbal, napríklad na ovíjanie spojov kohútikov a prívodov. Nevýhodou pokrčeného papiera je, že časom stratí svoju elasticitu. Preto po niekoľkých rokoch prevádzky nebude pokrčený papier omotaný okolo spojov transformátora tak tesný, ako keď bol na začiatku omotaný. V mnohých prípadoch je lepší prístup použiť papier s vysokou ťažnosťou. Izolačný papier CLUPAK s vysokou prieťažnosťou je jedným typom tohto materiálu a výrobný proces jeho základného papiera je rovnaký ako vyššie uvedený proces. V štádiu lisovania je účinkom prítlačného valca a tepla a vlhkosti stlačenie vlákien axiálne v pozdĺžnom smere, čím sa zvýši ich elasticita. Papier si preto zachováva svoju hladkosť a výrazne zlepšuje jeho lámavosť, predĺženie a priečne trhanie, pričom si tiež zachováva svoju pevnosť v ťahu a elektrické vlastnosti. Vďaka vysokej mechanickej pevnosti a pružnosti je veľmi vhodný na ovíjanie statických krúžkov alebo ovíjanie celého kontinuálneho transpozičného drôtu (CTC) strojom. Nepretržitý transponovaný drôt používaný pri vinutí veľkých výkonových transformátorov má často väčší prierez,{12}}čo zvyšuje jeho tuhosť a mimoriadne sťažuje ohýbanie na požadovaný polomer vinutia. Výsledkom je, že počas fázy navíjania bude drôt podliehať veľmi intenzívnym operáciám. Okrem toho navinutie drôtov s takým veľkým prierezom{15} na navíjaciu matricu spôsobí obrovské namáhanie izolačnej vrstvy papiera, čo spôsobí zvrásnenie, skladanie a deformáciu izolácie. A tento druh zvrásnenia a deformácie ovplyvní priechod radiálneho chladiaceho oleja. Húževnatosť a elastická deformácia izolačného papiera s vysokou prieťažnosťou ho robí odolnejším voči silným operáciám pri navíjaní ako bežný papier a jeho elasticita umožňuje minimalizovať stupeň krčenia.
Ako už bolo spomenuté vyššie, zlepšenie tepelnej odolnosti papiera sa dosiahne pridaním stabilizátorov počas výrobného procesu na zvýšenie tepelnej stability a zníženie tepelnej degradácie. V súčasnosti je možné potvrdiť, že degradácia závisí od teploty a je spôsobená pretrhnutím molekúl vlákien s dlhým-reťazcom. Prípustná hranica zvýšenia teploty počas prevádzky výkonových transformátorov je určená na základe priemernej teploty horúceho bodu počas prevádzky transformátora, ktorá by mala byť schopná zabezpečiť, aby životnosť izolácie transformátora bola pre ľudí prijateľná. Všeobecne povedané, hodnota teploty horúceho bodu transformátorov je 110-120 stupňov C. V rámci tohto teplotného rozsahu je však stupeň degradácie izolácie značne ovplyvnený prítomnosťou kyslíka a vlhkosti. Väčšina transformátorov ponorených do oleja má určitý stupeň kyslíka a vlhkosti, najmä distribučné transformátory, ktoré majú v podstate zariadenia na pohlcovanie vlhkosti a sú zriedkavo udržiavané. V tejto situácii je výhodou papiera odolného voči vysokej teplote{10} oddialenie starnutia papierovej izolácie. To neumožňuje, aby transformátory mali vyššie prevádzkové teploty, ale skôr sa spolieha na vysokoteplotný papier na zníženie rýchlosti degradácie pri normálnych prevádzkových teplotách, aby sa oneskorilo starnutie izolácie.
Vďaka vynikajúcemu izolačnému výkonu a vysokej mechanickej pevnosti sa papierové rúrky spájané syntetickou živicou široko používajú v transformátoroch. Izolačný valec je vytvorený navinutím kraftového papiera potiahnutého termosetovou živicou na jednej strane na kotúč a jeho zahriatím na vytvrdnutie. Ľudia sú čoraz menej ochotní si ho vybrať, pretože na získanie požadovanej mechanickej pevnosti papiera musí byť papier natretý veľkým množstvom živice, čo veľmi sťažuje impregnáciu transformátorového oleja. Pri intenzite operačného poľa sa akékoľvek medzery spôsobené zlou impregnáciou môžu stať miestnymi zdrojmi výboja, čo vedie ku konečnému elektrickému výpadku. Dôvod, prečo sa sulfátový papier používa na výrobu izolačných valcov impregnovaných syntetickou živicou, je ten, že požadovanú šírku tenkého papiera vyrábajú iba veľké stroje na výrobu papiera s jedným kotúčom vo Švédsku, ktoré nedokážu spracovať bavlnené vlákna. Ak zvládnu bavlnené vlákna, bavlnený papier zlepší sušenie a namáčanie izolačného valca.
Naneste dve vrstvy vytvrdenej živice na izolačný papier vo forme diamantovej mriežky a potom ho vysušte. Živicová diamantová mriežka zaisťuje efektívne sušenie a olejové ponorenie papiera pri vytváraní veľkej plochy lepenia. Počas procesu sušenia a zahrievania vinutia sa lepené body roztavia a stuhnú, čím sa vytvoria trvalé lepiace body, ktoré nie sú ovplyvnené následnými procesmi zahrievania a môžu poskytnúť vysokú mechanickú pevnosť. Hoci je forma spájania s diamantovou mriežkou vhodná pre rôzne typy papiera, v skutočnosti je najvhodnejšia pre papier s dobrými sušiacimi a impregnačnými vlastnosťami, ako je papier zmiešaný s drevenými alebo bavlnenými vláknami, najmä ak sa používa vo fóliových nízkonapäťových vinutiach. Táto vlastnosť je obzvlášť výrazná, pretože tieto vinutia sa extrémne ťažko sušia a nasiaknu olejom.
4. Papierová tlaková doska
Ako už názov napovedá, doska na lisovanie papiera je hrubší papier vyrobený skladaním viacerých vrstiev papiera počas mokrého štádia výroby papiera. Papierové prítlačné dosky sa musia spracovávať v dávkach, čo sa líši od kontinuálnej výroby pri výrobe papiera, inak by to bolo veľmi podobné procesu výroby papiera. Aby sa dosiahla požadovaná hrúbka, veľa tenkých vrstiev kaše sa musí naskladať dohromady vo vlhkom stave bez potreby lepidiel. Papierové tlakové dosky sa však stále dajú rozdeliť na dva základné typy, a to čisté papierové tlakové dosky vyrobené bez akéhokoľvek lepidla v podmienkach vlhkosti; Použitím vhodných lepidiel na vzájomné spojenie viacerých vrstiev kartónu je výsledný kartón vo všeobecnosti hrubší.
Európske normy zahŕňajú vyššie uvedené dva typy papierových prítlačných dosiek: prvým typom normy pre prítlačné papierové dosky je EN60641:1996 „Elektrická izolačná prítlačná doska a izolačný papier“. Neskoršia norma pre papierové tlakové dosky bola EN60673:1996 "Elektrická izolačná laminovaná lepenka". Podobne ako pri izolačnom papieri, pod vyššie uvedeným názvom európske normy uvádzajú rôzne špecifikácie a všetky hlavné typy materiálov. Suroviny pre izolačný papier sú rovnaké ako suroviny pre čistú drevnú buničinu, čistú bavlnenú buničinu alebo zmes oboch.
Prvý typ papierovej tlakovej dosky môže dosiahnuť maximálnu hrúbku 8 mm, používa sa na navíjanie závitov a koncovú izoláciu, s hrúbkou všeobecne 2-3 mm. Hrúbka nosnej izolácie je vo všeobecnosti 4,5-6 mm. Tento typ papierovej tlakovej lepenky možno vo všeobecnosti rozdeliť do nasledujúcich troch typov: prvým typom je kalandrovaná papierová tlaková lepenka, ktorá sa najprv stlačí pri obsahu vlhkosti 55 % a potom sa zahrieva a suší bez tlaku, aby sa udržalo 5 % vlhkosti. Hustota lisovacej dosky na papier je 0,90 ~ 1,00 kg/m3. Potom ďalším stlačením pod silným tlakom kalandra možno dosiahnuť hustotu 1,15-1,30 kg/m3; Druhým typom lisovacej dosky na papier je plastová lisovacia doska na papier, ktorá je takmer alebo úplne bez stlačenia po procese tvarovania podľa praktickej technickej príručky transformátora 54. Na sušenie sa používa iba zahrievanie, pričom sa obsah vlhkosti udržiava na úrovni približne 5 % a hustota lepenky na lisovanie papiera je približne 0,90. Jedná sa o mäkkú papierovú prítlačnú dosku s vynikajúcou schopnosťou absorpcie oleja a možno ju spracovať do tvarov na špeciálne účely; Tretím typom lisovacej dosky na papier je predlisovaná lisovacia doska na papier. Vlhká buničina sa priamo umiestni na horúci lis na dehydratáciu, kompresiu a sušenie. To má významný vplyv na spájanie vlákien, čím vzniká materiál s vysokou pevnosťou, dobrou stabilitou a bez namáhania. Hustota materiálu je približne 1,25 a počas celej fázy výroby transformátora a dlhodobého ponorenia do horúceho oleja počas prevádzky transformátora si papierová prítlačná doska môže stále zachovať svoj tvar a veľkosť nezmenené. V tomto smere svojím výkonom ďaleko prevyšuje spomínané dva typy papierových prítlačných dosiek. V súčasnosti je tento typ vysoko stabilného predlisovaného kartónu populárnejší. Takže je široko používaný vo väčšine výrobcov transformátorov.
Počiatočná hrúbka laminovanej lepenky je približne 10 mm a maximálna hrúbka môže dosiahnuť 50 mm alebo viac. Surovinou pre laminovanú lepenku môžu byť rôzne typy izolačnej lepenky uvedené vyššie, ale vo všeobecnosti je stále lepšia predlisovaná lepenka. Táto laminovaná lepenka môže byť použitá ako nosná doska, paleta a prítlačná doska pre vinutia, ako aj koncové bloky, nosné dosky a drôtové svorky pre vinutia.
5. Tvarované izolačné komponenty
Intenzita poľa medzi koncentrickými vinutiami vysokonapäťového transformátora je úplne rozložená radiálne, preto môže byť izolácia v tejto oblasti priamo zložená zo série izolačných valcov a prstencových olejových medzier. Izolačný valec je možné zrolovať a stlačiť, s axiálnymi švami. Môže sa prekrývať hore a dole alebo diagonálne. V dôsledku nemožnosti neprimerane zdvihnúť stĺpec jadra, čo by spôsobilo, že izolačný valec presahuje koniec vinutia o určitú výšku, na konci vinutia vznikli značné problémy s izoláciou. Preto musí byť izolácia medzi vinutiami ohnutá pozdĺž koncov vinutí. Po mnoho rokov bolo riešením tohto problému používanie papierových prítlačných dosiek na zabalenie medzi vinutia alebo na inštaláciu neutesnených mäkkých rúrok. Potom sa konce papiera ovinuté okolo rúrok alebo papierových prítlačných dosiek usporiadajú v intervaloch asi 80 mm, aby vytvorili "okvetné lístky" a zložili sa. Pri vytrhávaní po sebe idúcich vrstiev by mali byť „okvetné lístky“ striedavo usporiadané, aby sa zabránilo vytváraniu priamej prieraznej cesty cez ne.
Tento prístup má veľa nevýhod. Po prvé, je to veľmi prácne{1}}náročné a výrazne zvyšuje výrobné náklady. Po druhé, keď axiálny tlak aplikovaný na vinutie spôsobí jeho zmrštenie, môže to viesť k deformácii a posunutiu „okvetných lístkov“ a v niektorých prípadoch môže dôjsť aj k lokálnemu zablokovaniu priechodu oleja. Riešením je použitie vyššie uvedeného procesu výroby lisovateľných prítlačných dosiek z izolačného papiera na vytvorenie rohových krúžkov. Vzhľadom k tomu, že rohové krúžky nevyžadujú výrazný tlak počas fázy formovania, nie je potrebné vyrábať príliš jemné a drahé formy. Vyrobený rohový krúžok by mal mať mäkkú textúru a nízku hustotu a mal by byť ľahko ponorený do oleja. Existuje mnoho ďalších tvarov lisovaných izolačných komponentov, ako sú lisované izolačné komponenty pre vysokonapäťové vodiče. Výhodou tvarovaných vinutých koncových izolačných rohových krúžkov v porovnaní s „okvetnými lístkami“ je, že v tejto oblasti môžu vytvárať profil bližšie k ekvipotenciálnej čiare, čím sa eliminujú silné plazivé polia a je to ideálnejšia izolačná štruktúra.
6. Iné izolačné materiály
Izolačný papier a papierová tlaková doska sú zatiaľ jednoznačne najpoužívanejšími izolačnými materiálmi pre výkonové transformátory. V niektorých prípadoch sa však môže použiť aj malé množstvo iných materiálov. Najbežnejšie používaným izolačným materiálom, okrem izolačného papiera a papierovej tlakovej lepenky, je drevo, takmer výlučne drevo z vodnej žuly, pretože sa vyznačuje vysokou hustotou, vysokou pevnosťou a dobrou stabilitou. Drevo musí byť vysušené a spracované s obsahom vlhkosti kontrolovaným okolo 10 %. Ako transformátor schne, ďalej sa suší. Na malých distribučných transformátoroch môže použitie dreva ako svoriek so železným jadrom vyriešiť problém izolačnej vzdialenosti medzi vodičmi. Pre veľké transformátory môže byť drevo použité ako olovené konzoly a drôtené svorky. Na veľkých transformátoroch môžu chirurgické materiály nahradiť lepenku a použiť ich ako koncové podložky alebo prítlačné dosky pre vinutia. V tomto prípade, aby sa zabezpečila pevnosť vo všetkých smeroch, musia byť drevené dosky po obvode striedavo vrstvené v tvare oblúka 90 stupňov a vrstvené vrstvené v celom rozsahu hrúbky dosky týmto spôsobom.
Pre transformátory používajúce izolačný olej sú izolačný papier a papierové prítlačné dosky vynikajúcimi izolačnými materiálmi. Na elimináciu možných požiarov je potrebný bezolejový-transformátor. Jedným z prístupov je návrat k prvým dňom používania izolačného papiera a papierových prítlačných dosiek ako hlavného média. Pri absencii oleja v transformátoroch nie sú izolačný papier a papierové prítlačné dosky dobrými médiami. Ak nie je k dispozícii veľmi účinný chladiaci olej az ekonomických dôvodov, transformátory môžu pracovať iba v teplejších podmienkach, zatiaľ čo papier a papierové prítlačné dosky neznesú vyššie teploty. Existuje materiál, ktorý znesie vyššie teploty, ktorým je organický polymér alebo aromatický polyamid vyrábaný spoločnosťou DuPont vo Švajčiarsku a jeho obchodný názov je „NOMEX“. Tento materiál je možné použiť na výrobu rôznych izolačných papierov a papierových laminátov pomocou výrobného postupu podobného vláknitej izolácii, ale stále si môže zachovať svoju stabilitu pri vysokých teplotách 220 stupňov. Hoci tento materiál absorbuje určité množstvo vlhkosti podľa vlhkosti prostredia, vlhkosť vôbec neovplyvňuje jeho dielektrickú pevnosť, ktorá je úplne odlišná od celulózových materiálov. V polovici-70-tych rokov 20. storočia boli tekuté médiá s polychlórovanými bifenylmi (PCB) populárne kvôli ich vysokej požiarnej odolnosti, no v dôsledku znečistenia životného prostredia spôsobeného PCB boli postupne ľuďmi menej akceptované. Takže odvtedy sme museli otvoriť nové oblasti výskumu, aby sme hľadali nové alternatívy. Ľudia si v mnohých aspektoch jasne uvedomili výhody transformátorov, ktoré nepoužívajú žiadne tekuté médium, čo viedlo k výrobe a inštalácii veľkého počtu suchých{16} transformátorov. Suché transformátory spĺňajú požiadavky triedy C v norme BS EN 60085 "Elektrická izolácia - hodnotenie a návrh tepelnej odolnosti", ktorá umožňuje zvýšenie teploty až o 210 stupňov. V deväťdesiatych rokoch minulého storočia bola väčšina transformátorov tejto triedy nahradená transformátormi izolovanými vstrekovaním živice, takže NOMEX sa na izoláciu transformátorov používal len zriedka.
