CN102360835A - 一种环氧树脂浇注干式变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了输配电装置领域内的一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，所述环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：双酚A型环氧树脂、石英砂、云母粉、胺类固化剂和活性增韧剂。上述组分的组合物，均匀混合后，浇注在同轴设置的高压线圈和低压线圈之间及高压线圈外，在125－155℃的条件下固化。上述各种组分的加入，使本发明具有耐热性好、散热性能好、韧性好、热胀系数与铜材的热胀系数相同的优点，变压器在过载运行时，可迅速将热量导出，同时，保证变压器自身的安全，可长时间在过载下运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压器，特别涉及一种干式变压器。
背景技术
变压器在工作时，会产生一定的电磁振动，同时会放出大量的热量，这就要求其具有散热良好，热胀冷缩时不会产生应力破坏，同时能耐受振动，不易破裂。现有技术中，有一种用环氧树脂浇注而成的干式变压器，包括同心设置的高压线圈和低压线圈，所述高压线圈和低压线圈整体被浇注在用环氧树脂中，环氧树脂填满高压线圈和低压线圈之间的间隙。其不足之处在于：其一，由于环氧树脂本身的膨胀系数和线圈铜导体的膨胀系数是有差异的，在温度上升时，两者之间会产生较大的内应力，容易导致环氧树脂开裂、变形，影响变压器的使用可靠性；其二，环氧树脂的脆性大，耐冲击损伤能力差，耐热性能也相对较差，一般小于170℃，而当变压器过载工作时，发热量较大，温度也较高，环氧树脂本身的导热性能并不优良，因此，现有的环氧树脂浇注干式变压器的散热效果相对比较差，因此，限制了变压器过载运行的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种环氧树脂浇注干式变压器，使其体积小、抗过载能力强。
本发明的目的是这样实现的：一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，所述环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：
环氧树脂：双酚A型环氧树脂，环氧值0.40--—0.55，用量100份（重量）；
氮化铝粉末：粒径40-80nm，用量2—10份（重量）；
石英砂：粒径10－30目，用量15-30份（重量）；粒径100－150目，用量10—20份（重量）；
云母粉：粒径200-300目，用量10-25份（重量）；
胺类固化剂：用量85-120份（重量）；
活性增韧剂：5－10份（重量）。
上述胺类固化剂优选为聚酰胺固化剂650或二聚酸基聚酰胺；活性增韧剂为端羧基丁氰橡胶、端羟基丁氰橡胶和端羧基聚丁二烯中的至少一种。
上述组分的组合物，均匀混合后，在真空体条件下浇注在同轴设置的高压线圈和低压线圈之间及高压线圈外，在25－55℃的条件下固化。环氧基团和固化剂发生交联反应而形成具有三向网状结构的高聚物，可以和高压线圈、低压线圈紧密结合，能起到良好的绝缘作用。其中的氮化铝（AlN）是原子晶体，粒径已达纳米级，其室温强度高，导热性极好，热膨胀系数小，可使浇注成的环氧树脂层导热性显著加强；由于氮化铝暴露在空气环境下会发生氧化反应，导致其效能降低，有环氧树脂层的包裹，使其隔绝了空气，可长时间保持其优良的导热性；环氧树脂和石英砂颗粒之间粘合良好；由于氮化铝颗粒的粒径小，均匀分散在环氧树脂中，颗粒与颗粒之间被环氧树脂所隔离，影响了热量的传递，而加入两种不同粒径的石英砂后，石英砂会形成若干相互接近的岛，小颗粒的石英砂填充于大颗粒的石英砂之间，氮化铝再填充在小颗粒的石英砂之间，可更好地传递热能，帮助线圈散热，同时能使环氧树脂绝缘层的各部分的温度尽快达到一致，内层和外层的温差小，内应力小，可保证环氧树脂绝缘层不会开裂；云母粉的加入可增强环氧树脂的绝缘性能，提高了变压器的抗击穿能力；活性增韧剂在环氧树脂固化过程中，会和环氧树脂一起参加反应，增加了反应物的链节，增强了固化物的冲击韧度和耐热冲击性能。上述各种组分的加入，均能在一定程度上影响到环氧树脂绝缘层的热胀系数，上述比例关系使最终固化物的膨胀系数为0.0000176（1/K），和铜导体的膨胀系数相等，因此，环氧树脂绝缘层和高压线圈、低压线圈之间结合紧密，可以经受剧烈的温差骤变，可同步热胀冷缩，内应力小，可保证环氧树脂绝缘层不会与铜导体剥离。本发明具有耐热性好、散热性能好、韧性好、热胀系数与铜材的热胀系数相同的优点，变压器在过载运行时，可迅速将热量导出，同时，保证变压器自身的安全，可长时间在过载下运行。
为进一步加强本发明的耐热冲击性能，所述环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道，所述冷却风道内表面呈锯齿形。锯齿形的冷却风道与空气接触的面积大的优点，可以使空气带走更多热量，同时，空气被加热的温度高，拔风效应强，气流上升速度快，散热效果好。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1环氧树脂绝缘层，2高压线圈，3冷却风道，4低压线圈。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，为一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈2和低压线圈4，低压线圈4位于高压线圈2内侧，高压线圈2和低压线圈4整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层1内，环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道3，冷却风道3内表面呈锯齿形。
该环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：
双酚A型环氧树脂，环氧值0.40--，用量10Kg；
粒径40-50nm氮化铝粉末，用量0.2kg；
粒径10－30目的石英砂，用量1.5kg；
粒径100－150目的石英砂，用量1kg；
粒径200-300目云母粉，用量1kg；
聚酰胺固化剂650，用量8.5kg；
端羧基丁氰橡胶（活性增韧剂），用量0.5kg。
上述聚酰胺固化剂650，国内有多家厂家生产制造，本实施例中采用常州山峰化工有限公司生产的聚酰胺固化剂650。
胺类作交联剂时，理论上可按下式计算胺类的用量：
胺类用量=MG/Hn
式中： M=胺分子量 ； Hn=含活泼氢数目；G=环氧值（每100克环氧树脂中所含的环氧当量数）
上述用量可在正负20%内变化，若用过量的胺固化时，会使树脂变脆。若用量过少则固化不完善。本实施例中，聚酰胺固化剂650，用量8.5kg，可保证固化充分，经实践证明，采用胺类固化剂时，固化剂的用量与双酚A型环氧树脂的用量的重量比＝（0.85－1.2）：1，可达到充分固化、脆性适当的效果。
在进行浇注时，高压线圈和低压线圈放置在模具内，上述组分的原料在0. 1－0.2个大气压的真空度条件下均匀混合后，并保持相应的真空条件下浇注在模具内，使高压线圈和低压线圈浸没在组合物内，组合物填满高压线圈和低压线圈之间的间隙，于125－155℃的条件下固化，形成环氧树脂绝缘层，固化或半固化后脱模。
将上述浇注有环氧树脂绝缘层的高压线圈和低压线圈组装成干式变压器，可制成单相或三相变压器。
实施例2
一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道，所述冷却风道内表面呈锯齿形。
该环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：双酚A型环氧树脂，环氧值0.55--，用量10Kg；粒径70-80nm氮化铝粉末，用量1kg；粒径10－30目的石英砂，用量3kg；粒径100－150目的石英砂，用量2kg；粒径200-300目云母粉，用量2.5kg；聚酰胺固化剂650，用量12kg；端羧基丁氰橡胶（活性增韧剂），用量1kg。
实施例3
一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道，所述冷却风道内表面呈锯齿形。
该环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：双酚A型环氧树脂，环氧值0.55--，用量10Kg；粒径50-70nm氮化铝粉末，用量0.5kg；粒径10－30目的石英砂，用量2kg；粒径100－150目的石英砂，用量1.5kg；粒径200-300目云母粉，用量1.5kg；二聚酸基聚酰胺固化剂，用量10kg；端羟基丁氰橡胶，用量0.8kg。
实施例4
一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道，所述冷却风道内表面呈锯齿形。
该环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：双酚A型环氧树脂，环氧值0.50--，用量10Kg；粒径50-70nm氮化铝粉末，用量0.3kg；粒径10－30目的石英砂，用量2.5kg；粒径100－150目的石英砂，用量1.2kg；粒径200-300目云母粉，用量2kg；二聚酸基聚酰胺固化剂，用量8.5kg；端羧基聚丁二烯增韧剂，用量0.6kg。
实施例5
一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道，所述冷却风道内表面呈锯齿形。
该环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：
环氧树脂：双酚A型环氧树脂，环氧值0.45，用量10kg；
氮化铝粉末：粒径50-60nm，用量0.8kg；
石英砂：粒径10－30目，用量1.6kg；粒径100－150目，用量1.2kg；
云母粉：粒径200-300目，用量1.3kg；
二聚酸基聚酰胺固化剂：用量9kg；
活性增韧剂：端羧基丁氰橡胶0.3kg、端羟基丁氰橡胶0.3kg，端羧基聚丁二烯0.4kg。
实施例6
一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道。
该环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：
环氧树脂：环氧值0.51的双酚A型环氧树脂，用量10kg；
氮化铝粉末：粒径40-80nm，用量0.8kg；
石英砂：粒径10－30目，用量2.4kg；粒径100－150目，用量1.8kg；
云母粉：粒径200-300目，用量1.8kg；
胺类固化剂：聚酰胺固化剂650，用量11kg；
活性增韧剂：端羧基丁氰橡胶0.1kg、端羟基丁氰橡胶0.5kg。
实施例7
一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道。
该环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：
环氧树脂：双酚A型环氧树脂，环氧值0.48，用量10kg；
氮化铝粉末：粒径40-80nm，用量0.3kg；
石英砂：粒径10－30目，用量2.8kg；粒径100－150目，用量1.2（重量）；
云母粉：粒径200-300目，用量1.5kg；
胺类固化剂：二聚酸基聚酰胺，用量9kg；
活性增韧剂：端羟基丁氰橡胶和端羧基聚丁二烯各0.3kg。
实施例8
一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道，所述冷却风道内表面呈锯齿形。
该环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：
环氧树脂：双酚A型环氧树脂，环氧值0.51，用量10kg；
氮化铝粉末：粒径40-80nm，用量0.4kg；
石英砂：粒径10－30目，用量3kg；粒径100－150目，用量1kg；
云母粉：粒径200-300目，用量1kg；
胺类固化剂：聚酰胺固化剂650，用量85-120kg；
活性增韧剂：端羧基丁氰橡胶0.5kg、端羧基聚丁二烯0.2kg。
上述实施例2－8的环氧树脂绝缘层的浇注方法与实施例1中的浇注方法相同。实施例1－8与现有技术的区别主要在于配方，通过配方中各组分的配比关系，使各组分之间协同作用，从而使浇注成的环氧树脂绝缘层整体上具有优异的导热、绝缘、抗震、耐温性能。各组分的协同作用的工作机理如下：环氧树脂中的环氧基团和固化剂发生交联反应而形成具有三向网状结构的高聚物，可以和高压线圈、低压线圈紧密结合；组分中的氮化铝（AlN）是原子晶体，粒径已达纳米级，其室温强度高，导热性极好，热膨胀系数小，可使浇注成的环氧树脂层导热性显著加强；由于氮化铝暴露在空气环境下会发生氧化反应，导致其效能降低，有环氧树脂绝缘层的包裹，使其隔绝了空气，可长时间保持其优良的导热性；环氧树脂和石英砂颗粒之间粘合良好；由于氮化铝颗粒的粒径小，均匀分散在环氧树脂中，颗粒与颗粒之间被环氧树脂所隔离，影响了热量的传递，而加入两种不同粒径的石英砂后，石英砂会形成一个个孤岛，小颗粒的石英砂填充于大颗粒的石英砂之间，氮化铝再填充在小颗粒的石英砂之间，可更好地传递热能，帮助线圈散热，同时能使环氧树脂绝缘层的各部分的温度尽快达到一致，内层和外层的温差小，内应力小，可保证环氧树脂绝缘层不会开裂；云母粉的加入可增强环氧树脂的绝缘性能，提高了变压器的抗击穿能力；活性增韧剂在环氧树脂固化过程中，会和环氧树脂一起参加反应，增加了反应物的链节，增强了固化物的冲击韧度和耐热冲击性能。上述各种组分的加入，均能在一定程度上影响到环氧树脂绝缘层的热胀系数，上述比例关系使最终固化物的膨胀系数为0.0000176（1/K），和铜导体的膨胀系数相等，因此，环氧树脂绝缘层和高压线圈、低压线圈之间结合紧密，可以经受剧烈的温差骤变，可同步热胀冷缩，内应力小，可保证环氧树脂绝缘层不会与铜导体剥离。
经试验，上述实施例的变压器，其环氧树脂绝缘层的各种参数如下表所示：
| 环氧树脂绝缘层 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 已有技术 |
| 100℃时的介电强度（KV/mm） | 32.4 | 31.6 | 29.9 | 30.8 | 31.2 | 30.3 | 31.2 | 32 | 27 |
| 导热系数(100℃) | 6.23 | 6.33 | 6.15 | 6.18 | 6.22 | 6.49 | 6.25 | 6.1 | 3.6 |
| 膨胀系数（1/K） | 1.76×10-5 | 1.76×10-5 | 1.76×10-5 | 1.75×10-5 | 1.75×10-5 | 1.76×10-5 | 1.76×10-5 | 1.76×10-5 | 1.75×10-5 |
| 抗压强度（Mpa） | 365 | 352 | 333 | 337 | 327 | 337 | 348 | 340 | 332 |
| 抗拉强度（Mpa） | 312 | 305 | 298 | 295 | 287 | 286 | 283 | 289 | 251 |
| 抗折强度（Mpa） | 28.3 | 28.1 | 27.9 | 27.7 | 27.4 | 27.7 | 27.4 | 27 | 25 |
| 抗冲击强度（KJ/m2） | 78.2 | 74.6 | 74.3 | 77 | 73.8 | 77 | 73.8 | 74 | 68 |
| 击穿电压（KV/mm） | 38.5 | 38.3 | 38.8 | 38.4 | 38.5 | 38.5 | 38.6 | 39 | 35 |
| 耐受温度℃ | 195 | 195 | 193 | 199 | 194 | 197 | 191 | 195 | 170 |
从上表中可以看出，本发明具有耐热性好、散热性能好、韧性好、热胀系数与铜材的热胀系数相同的优点。
依照上述实施例1－8制成的10KV干式变压器，绝缘等级F级，自然冷却，环境温度25℃，100％负荷下正常工作30分钟，工作温度为55℃，加负荷至130％，工作30分钟，工作温度为72℃，加负荷至150％，工作30分钟，工作温度为90℃，工作基本安全。
依照上述实施例1－8制成的10KV干式变压器，绝缘等级B级，强制冷却，环境温度25℃，100％负荷下正常工作30分钟，工作温度为52℃，加负荷至130％，工作30分钟，工作温度为65℃，加负荷至150％，工作30分钟，工作温度为75℃，工作安全。
可见，依照本发明制得的干式变压器在过载运行时，可迅速将热量导出，同时，保证变压器自身的安全，可长时间在过载下运行。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种环氧树脂浇注干式变压器，包括同轴设置的高压线圈和低压线圈，所述低压线圈位于高压线圈内侧，高压线圈和低压线圈整体设置在浇注而成的环氧树脂绝缘层内，其特征是所述环氧树脂绝缘层的配方包括如下组分：
环氧树脂：双酚A型环氧树脂，环氧值0.40--—0.55，用量100份（重量）；
氮化铝粉末：粒径40-80nm，用量2—10份（重量）；
石英砂：粒径10－30目，用量15-30份（重量）；粒径100－150目，用量10—20份（重量）；
云母粉：粒径200-300目，用量10-25份（重量）；
胺类固化剂：用量85-120份（重量）；
活性增韧剂：5－10份（重量）。
2.根据权利要求1所述的一种环氧树脂浇注干式变压器，其特征在于：所述胺类固化剂优选为聚酰胺固化剂650或二聚酸基聚酰胺。
3.根据权利要求1或2所述的一种环氧树脂浇注干式变压器，其特征在于：所述活性增韧剂为端羧基丁氰橡胶、端羟基丁氰橡胶和端羧基聚丁二烯中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种环氧树脂浇注干式变压器，其特征在于：所述环氧树脂绝缘层内位于高压线圈和低压线圈之间设有冷却风道，所述冷却风道内表面呈锯齿形。
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