변압기를위한 절연 재료의 현재 상태 및 개발 동향

단열재는 변압기에서 가장 중요한 재료 중 하나입니다.

첫째, 성능과 품질은 변압기 작동의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 지난 20 년 동안 변압기 신제품, 신기술 및 장치 단열재 재료의 새로운 이론이 끊임없이 떠오르고 개발되어 변압기 단열재와 그 적용이 매우 중요한 주제가되었습니다.

1. 중국의 변압기 단열재의 현재 상황

1.1 변압기 단열재 개요

고급 외국 기술 도입, 독립적으로 동화 및 혁신, 생산 능력 확대, 변압기 제품의 다양성, 품질 및 용량 확대를 통해 국내 변압기 산업이 개선되면서 크게 개선되었습니다. 전기 장비의 현재 평균 단열재 재료 소비율에 따르면, 설치된 전력 용량의 10MW 당 65 톤입니다. 이를 통해 단열재 재료가 상당한 비율의 전기 장비를 설명한다고 추정 할 수 있습니다. 동시에, 변압기의 신뢰성 및 서비스 수명은 사용 된 단열재에 의해 크게 결정됩니다. 단열재는 변압기 설계자와 제조업체로부터 점점 더 관심을 받고 있습니다.

유전체 물질로도 알려진 단열재는 저항력이 높고 전도도가 낮은 물질입니다. 이 재료는 다른 전위에서 전도성 부품을 분리하는 데 사용되어 전기 전류가 특정 방향으로 흐르도록합니다. 변압기에서 단열재는 열 소산, 냉각,지지, 고정, 아크 억제, 전압 구배 개선, 수분 예방, 곰팡이 예방 및 도체 보호에도 역할을합니다.

절연 재료는 다음과 같이 열 내구성 수준으로 분류됩니다 : Y (90도), A (105도), E (120도), B (130도), F (155도), H (180도) 및 C (180도 이상). 변압기 단열재의 열 내구성 수준은 절연 재료가 변압기에서 견딜 수있는 최대 온도를 나타냅니다. 자료가 올바르게 사용되면 20- 연도 서비스 수명을 보장 할 수 있습니다. 그렇지 않으면, 8도 규칙에 따라 수명이 단축됩니다 (예 : A 급 단열재의 수명은 온도가 8도 증가 할 때마다 절반이 절반으로 줄어들고, B- 클래스 단열재는 10도 감소하고 H 급 감소는 12도 줄어 듭니다). 이 규칙은 "8도 열 노화 규칙"으로 알려져 있습니다.

단열재의 성능은 분자 조성 및 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 다양한 유형의 변압기 절연 재료는 일반적으로 기체, 액체 및 고체 절연 재료로 형태로 분류됩니다.

1.2 기체 단열재

변압기에서 가장 일반적으로 사용되는 기체 절연 재료는 SF6 (황 6 헥사 플루오 라이드)입니다. SF6은 매우 안정적인 물리적 및 화학적 특성을 갖는 비 염증성 가스입니다. 변압기에서 SF6을 절연 재료로 사용하는 장점은 다음과 같습니다.

화재 방지: SF6 가스-변압기 (GIT)의 주요 장점은 우수한 내화성 특성입니다. SF6은 비 전복 가스이며, 물리적 및 화학적 특성은 매우 안정적입니다.

고전압 및 대용량: SF6 가스 절연 변압기는 화재 및 재난 방지 변압기에서 고전압과 큰 용량을 달성 할 수있는 유일한 유형입니다. 현재까지 전 세계적으로 사용되는 화재 저항 변압기는 주로 건식 유형 변압기 (에폭시 수지 주식 건조 변압기 및 H- 클래스 개방형 건조 변압기 포함) 및 git입니다. 건식 유형 변압기의 가장 높은 전압은 일반적으로 35kV로, 용량은 20mVa의 용량으로 인식되는 반면, Gits는 275-500 kV 및 300 mVA에 도달 할 수 있습니다. 중국의 현재 도시 그리드 업그레이드에서 많은 도시들이 도심에 110-220 kv 변전소 (일부는 지하 변수)의 설립을 요구하고 있으며, 이로 인해 계단 수요가 증가 할 것입니다.

우주 절약: GIT의 발자국은 동일한 용량 및 전압 레벨의 오일 이중 변압기의 발자국과 거의 동일하며 추가 화재 억제 장비가 필요하지 않습니다. 그러나 완전히 밀폐 된 스위치 기어 (GIS)와 결합하면 GITS는 GIS와 직접 연결하여 케이블 헤드 및 기타 액세서리가 필요하지 않아 변전소에 필요한 공간을 크게 줄일 수 있습니다. 많은 해외 ​​변전소 가이 혜택을 보여주었습니다.

높이 감소: gits는 오일 저장 탱크가 필요하지 않으므로 오일 이중 변압기에 비해 높이가 약 20% 낮아 지하 변전소의 토목 공학 비용을 줄이는 데 유리합니다.

복잡한 구조 및 높은 비용: gits의 전체 구조는 오일 이중 변압기의 구조와 유사하지만 SF6 가스의 절연 특성은 가스 압력, 전기장 균일 성 및 먼지 함량과 같은 요인에 크게 영향을받습니다. 결과적으로 GIT는 구조가 더 복잡 할뿐만 아니라 생산 환경과 프로세스에 대한 더 높은 표준을 요구합니다. 또한, 변압기 오일과 비교하여 SF6의 열 소산 능력이 낮기 때문에, 외부 케이싱이 가압 된 용기라는 사실로 인해 이러한 요인은 원료 비용이 높아져 기이를 더 비싸게 만듭니다.

소음: gits의 핵심 노이즈는 오일 배출 변압기의 핵심 노이즈보다 약 3dB가 낮지 만 팬의 소음은 상당히 높을 수 있습니다. 그러므로, gits는 오일 이중 변압기보다 항상 조용하다고 결정적으로 말할 수는 없습니다.

과부하 용량: SF6 가스의 열 소산 용량이 열악하기 때문에 GIT의 과부하 용량은 오일 배출 변압기의 3 분의 2에 불과합니다.

(8) 온 부하 전압 조절이있는 GIT의 경우 진공 유형의 온로드 탭 체인저를 사용해야합니다. 고전압 대용량 응용 분야에 사용되는 이러한 온로드 탭 체인저의 경우 현재 국내 생산에 어려움이 있습니다. 수입에 의존하면 필연적으로 전체 비용이 증가합니다.

1.3 액체 절연 재료

변압기에 사용되는 1 차 액체 절연 재료는 변압기 오일이며, 이는 절연, 열 소산 및 아크 억제를 제공하는 역할을합니다.

1.3.1 전통적인 변압기 오일

전통적인 변압기 오일은 석유 정제의 부산물입니다. 주요 성분에는 알칸, 나프 텐 성 포화 탄화수소 및 방향족 불포화 탄화수소가 포함됩니다.

현재 가장 일반적으로 사용되는 변압기 오일은 25# (폴리 포인트가 -25}도), 45# (폴리 포인트는 -45 정도)입니다. 다음은 변압기 오일의 일반적인 성능 요구 사항입니다.

저밀도: 이것은 오일의 물과 불순물이 침전되도록하는 데 도움이됩니다.

적당한 점도: 점도가 너무 높으면 대류 열 소산에 영향을 미치고 너무 낮 으면 플래시 포인트가 낮아집니다.

높은 플래시 포인트: 이상적으로는 플래시 포인트가 136도보다 낮지 않아야합니다.

낮은 부어 지점: 이것은 오일이 저온에서 효과적으로 남아 있도록합니다.

불순물의 함량이 낮습니다산, 염기, 황 및 재와 같은 : 단열재, 와이어 및 오일 탱크의 부식을 피하기 위해 최소화해야합니다.

낮은 산화 정도: 오일은 과도한 산화를 겪지 않아야합니다.

적절한 안정성: 안정성은 일반적으로 산수 시험으로 표시되며, 이는 노화에 저항하는 오일의 능력을 나타냅니다.

1.3.2 불꽃 오일

변압기의 내화성이 불충분하기 때문에 화염성 오일이 개발되었습니다. 1970 년대 초, 변압기 오일에 대한 대안을 찾는 동안 대체 오일의 화재 지점은 300도를 넘지 않아야하며 화재를 전파해서는 안된다는 요구 사항이 필요했습니다. 300도는 임의의 온도 값이지만, 변압기 오일의 화재 지점의 두 배 이상이기 때문에 화염 지연에 대한 적절한 지표로 널리 받아 들여졌습니다.

1950 년대 초에 미국은 실리콘 오일을 발명했으며, 최초의 실리콘 오일 변압기는 1974 년에 도입되었습니다. 1977 년에 영국의 GEC 회사는 Flame Retardant 합성 에스테르 Midel7131 (M 오일이라고 함)을 사용하여 첫 번째 변압기를 생산했습니다. 1980 년대 초 영국은 Formel Oil (F 오일이라고 함)을 개발했으며, 첫 번째 F 오일 변압기는 1983 년에 생산되었습니다. 최근 몇 년 동안 미국 DSI 회사는 석유, 오일 및 폴리 - - Olefin을 포함한 석유 기반 불꽃 오일을 연속적으로 개발했습니다. 성능 지표는 표 1에 나와 있습니다.

1.3.3 식물성 기름

2008 년 7 월 1 일, Siemens Energy는 독일 전력 회사 인 ENBW를 위해 식물성 오일 기반 절연 액체를 사용하여 변압기를 개발했습니다. 현재 ENBW는 독일 남서부의 Bad Teinach-Zavelstein 근처에 위치한 Teinach 변전소 에서이 새로운 단열 액체로 변압기를 배치하고 있습니다. 목표는 실제 조건에서 이러한 변압기의 운영 성능을 평가하고 기록하는 것입니다. Siemens의 새로운 변압기에 사용되는 단열 액체는 유채, 콩, 해바라기 등과 같은 식물성 오일에서 유래 한 천연 에스테르로 만들어집니다. 이것은 액체의 플래시 점을 크게 증가시키고 완전한 생분해 성을 보장합니다. 또한이 액체는 수질 오염을 일으키지 않으므로 엄격한 환경 규제가있는 지역에 적합합니다.

또한, 이들 변압기는 단단히 밀봉되어 공기의 산소가 절연 액체와 접촉하는 것을 방지하여 음성 효과를 유발할 수 있습니다. 이 밀봉은 변압기의 서비스 수명을 연장하고 부하 용량을 증가시켜 유틸리티의 운영 비용을 줄입니다.

1.4 고체 단열재

변압기에 사용되는 고체 단열재는 화학적 또는 물리적 변화를 통해 고체 형태이거나 고체 상태로 변형 된 절연 재료를 나타냅니다. 절연 종이, 절연 보드, 전기 라미네이트 목재, 에폭시 유리 천 보드, 저-전기 손실 줄 라미네이트 보드, 방해, 절연 접착제, 면화 천 테이프, 압축 테이프 등과 같은 다양한 고체 절연 재료가 있습니다. 오일 이중 변압기의 경우 가장 중요한 고체 절연 재료는 다음과 같습니다.

1.4.1 절연 종이

단열 용지는 식물 섬유 용지와 합성 섬유 용지의 두 가지 범주로 나뉩니다. 셀룰로오스의 상이한 분자 구조는 절연 종이의 상이한 함침, 기계적 특성 및 전기적 특성을 결정한다.

1.4.1.1 순수한 설페이트 목재 펄프 절연 종이

중국의 일반적인 단열 용지의 일반적인 유형은 다음과 같습니다.

전원 케이블 페이퍼: 35kV 이하의 전력 변압기 또는 기타 전기 제품의 절연에 사용됩니다. 이 생성물은 80 μm, 130 μm 및 170 μm의 두께가있는 DLZ-V, DLZ-A 및 DLZ-B의 3 개의 등급으로 나뉩니다. 롤에서 사용할 수 있습니다.

고전압 케이블지: 110kV에서 330kV 사이의 변압기에도 사용되며 롤로도 제공됩니다.

변압기 와인딩 절연 종이: 고전압 케이블지의 유형이지만 500kV 변압기, 변압기 및 원자로에 적합한 성능이 향상됩니다.

전화 서류: 표백되지 않은 황산염 목재 펄프로 제작 된 전화 케이블 생산에 주로 사용되지만 일부 변압기 제조업체는 변압기 생산에 사용합니다. 크레페 종이 절연을위한 기본 용지로도 사용됩니다. 전화지는 A, B 및 C의 세 가지 등급으로 분류되며 A 및 B 등급은 통신 케이블에 사용됩니다. DH -50과 dh -75의 두 가지 사양으로 롤 양식으로 제공됩니다.

크레페 종이 절연: 주름을 만들기 위해 가공 된 전기 절연 종이로 제작되었습니다. 종이가 늘어날 때 주름이 연장됩니다. 크레페 용지는 다양한 신장 속도로 제공되며 일반적으로 리드 아웃, 리드 및 절연 랩과 같은 오일 이중 변압기 권선의 절연에 일반적으로 사용됩니다.

1.4.1.2 질화 된 절연 종이

데니슨 종이질화 용지로도 알려진 것은 Dicyclohexylamine, 에틸렌 시안화물 및 기타 화학 물질을 종이 펄프에 첨가하여 생산됩니다. 미국 Denison Company가 제작 한이 논문은 주름과 달력 후에 좋은 기계적 강도와 적절한 신장을 특징으로합니다. 트랜스포머 권선을 절연하는 데 이상적인 재료로 팽창하지 않고 단단한 포장을 보장합니다.

1.4.1.3 합성 섬유 용지

NOMEX 종이미국에서 DuPont가 생산 한 것은 열 내성 합성 섬유 용지입니다. 주요 성분은 방향족 폴리 아미드이며 우수한 열 노화 특성을 제공합니다. 고온에서도 250도에서도 높은 표면 저항 (10¹³ ω/cm²)과 부피 저항 (10¹¹ Ω/cm³)을 유지합니다. NOMEX® 단열 용지의 전기적 특성은 뛰어나며 다음과 같이 요약 될 수 있습니다.

최대 200 도의 온도에서 넓은 주파수 범위에서 0. 01의 저 유전 손실.

1. 5-2. 5의 상대 유전 상수는 일반적으로 사용되는 많은 단열재보다 낮습니다.

전력 주파수에서 35 kV/mm의 유전 분해 전압, 표면 방전을위한 높은 개시 전압.

좋은 기계적 특성, 수분 저항 및 화염 지연.

1.4.1.4 전극 보호를위한 절연 재료

반도성 케이블지100% 표백되지 않은 황산염 목재 펄프로 만들어졌습니다. 여기에는 탄소 섬유 또는 표면 저항성을 10 ° Ω 내지 10 ° Ω로 제어하는 ​​다른 재료가 포함됩니다. 반도체 용지로도 알려진 반도성 케이블지는 흑백 및 바이 콜러 유형 모두에서 구입할 수 있습니다. 주로 전기장의 균일 성을 보장하기 위해 고전압 리드 및 고전압 전기 장치를 차폐하는 데 주로 사용됩니다.

금속 크레페 종이: 기본 용지는 한쪽에 알루미늄 호일이있는 컬러 케이블 페이퍼입니다. 케이블 페이퍼와 알루미늄 호일은 접착제와 함께 부착 된 다음 주름이 발생합니다. 정전기 플레이트, 정적 화면, 엔드 링, 리드 및 아웃 보드 터미널 절연 및 차폐에 사용됩니다.

금속 종이: 기본 용지는 {{{0}}. 2mm 두께의 절연 종이이며, 알루미늄 호일은 0.02 mm 두께입니다. 지상 및 정적 차폐에 사용됩니다.

1.4.2 절연 보드

라미네이트 판지는 황산염 목재 펄프로 만들어집니다. 오일 갭, 스페이서, 종이 판 튜브, 골판지 종이, 요크 절연 및 변압기 권선을위한 엔드 절연에 사용됩니다. 저밀도 (T3 소프트 판지), 중간 밀도 (T1 판지) 및 고밀도 (T4 하드 판지) 유형으로 제공됩니다. 보드 형성 프로세스에 따르면, 이는 고생하거나 캘린더 페이퍼 보드로 생성 될 수 있습니다.

절연 튜브: 이들은 부드럽고 단단한 판지, 페놀 수지 종이 판, 에폭시 유리 천 튜브 및 유리 섬유 튜브로 제공됩니다. 그들은 교황의 골격과 단열을 형성합니다.

골판지 판지스페이서를 대체하고 종이 튜브 사이에 오일 간격을 형성하는 데 사용됩니다. 이 단열 구조는 단열재를 절약하고 절연 성능이 우수합니다. 두 가지 유형으로 제공됩니다. 큰 간헐적 주름과 연속적인 작은 골판지.

전기 적층 제품은 기본 재료로 종이, 천 및 목재 베니어로 만들어지며, 다양한 접착제로 함침 된 다음 열 압축 또는 층화 된 구조로 상처를 입 힙니다. 이 제품에는 라미네이트 보드와 라미네이트 목재가 포함됩니다. 적층 제품의 성능은 기본 재료의 특성, 접착제 및 성형 공정에 따라 다릅니다. 현재 고품질 전기 라미네이트 목재 및 라미네이트 판지는 대형 변압기에서 널리 사용됩니다.

1.4.3 성형 단열 부품

성형 된 절연 부품에서 전기장의 균일 성은 중요합니다. 그러나 중국의 성형 단열 부품의 생산 수준과 용량은 특히 컨버터 변압기 라인 아웃 절연에 사용되는 주요 절연 재료의 경우 전체 라인 아웃 장치가 여전히 수입에 의존합니다.

2. 중국의 변압기 단열재의 개발 경향

특히 작년 경제 위기 이후 중국 경제의 급속한 발전과 서구 개발 전략으로 인해 정부의 대규모 투자는 전력 산업에 대한 대규모 투자로 변압기 산업의 성장을 크게 자극했습니다. 전압 레벨은 500kV ~ 750 kV 및 1, 000 kV, ± 500kV 및 ± 800kV 컨버터 변압기가 테스트를 성공적으로 통과했습니다. 고밀도 대규모 단열 끄기, 성형 단열 부품 및 컨버터 변압기를위한 완전한 라인 아웃 장치와 같은 주요 단열재에 대한 수요는 계속 성장하고 공급이 부족합니다.

작년에 중국의 변압기 산업은 30, 000 초 고밀도 변압기를위한 고밀도 대규모 단열 장사 보드가 필요하다고 추정됩니다. 그러나 국내 생산량은 제한적이며, 타이 제수 웨이드 맨만이 매년 000 톤 이상을 생산하여 상당한 수입이 필요합니다.

특히, 고밀도 대규모 형식의 절연 판판을위한 생산 기술은 외국 기업의 통제로 남아 있으며, 중국의 초고 전압 및 컨버터 트랜스포머 생산에 심각하게 영향을 미치고 제한합니다.