CN108305767A - 一种具有高耐磨性能的干式电力变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有高耐磨性能的干式电力变压器，包括绕组组件、设于绕组组件顶端的上固定件以及设于绕组组件底端的下固定件，绕组组件包括铁芯、卷绕在铁芯上的低压绕组和高压绕组，低压绕组和高压绕组之间设有绝缘纸，绝缘纸包括两层结构：无纺布层和耐高温聚酯薄膜层，无纺布层和耐高温聚酯薄膜层之间采用粘合材料粘合不易分层；无纺布层包含5‑30wt％芳族聚酰胺类纤维、60‑80wt％芳族聚酰胺纸浆和10‑15wt％芳族聚酰胺短纤维。本发明的具有高耐磨性能的干式电力变压器，由于粘合材料与聚酯薄膜的介电性，共同使得绝缘纸达到较好的绝缘效果；采用表面光滑的聚酯薄膜，放入电机中时，减少了电机间的摩擦，保证电机的工作质量。

Description

一种具有高耐磨性能的干式电力变压器
技术领域
本发明涉及电力变压器设备技术领域，尤其涉及一种具有高耐磨性能的干式电力变压器。
背景技术
目前，现有技术的干式电力变压器设计不合理，其绝缘性能差，损耗高、噪声大、环保效果差，从而影响了变压器在使用过程中的电气性能和机械性能，缩短了变压器的使用寿命；因此，人们会想到在变压器中加入一种绝缘纸，以此来提高变压器的绝缘能力；绝缘纸可用作中小型电机的槽绝缘、匝间和层间绝缘、衬垫绝缘心及变压器绝缘。目前市面上卖的绝缘纸层次多样，然而对于微型电机中绝缘纸的使用大多采用多层绝缘纸，例如：三层绝缘纸、四层绝缘纸等等，放入多层，浪费材料，而一层绝缘纸由于其绝缘效果差，亦不能满足人们的需求。
例如中国专利CN103325548A公开了一种非包封干式电力变压器，包括绕组组件、设于所述绕组组件顶端的上固定件以及设于所述绕组组件底端的下固定件，所述绕组组件包括铁芯、卷绕在所述铁芯上的低压绕组和高压绕组，所述低压绕组和高压绕组之间设有Nomex绝缘纸，所述低压绕组和高压绕组均经H级无溶剂绝缘漆真空压力浸渍。其中，该技术方案中采用的Nomex绝缘纸，是目前使用的常规绝缘纸，其对于绝缘性能来说，还有很大的提升空间。
再例如中国专利申请号为201410678408.4公开了一种低噪音干式变压器，安装底座的上端并列安装有三个绕组，绕组的上下两端分别设置有上夹件和下夹件，下夹件内安装有冷却风机，上夹件上安装有低压出线铜排和高压端子，绕组前侧设置有高压分接头，高压端子与绕组之间通过高压连接杆连接，安装底座的下端通过螺栓组件固定安装有数组减震器，减震器的下端固定安装有铁板，铁板下端固定安装有橡胶减震垫块。该技术方案增加了吸音材料，降低了变压器工作时的噪音，然而对于绝缘性能来说，并没有进行多大的改善。
发明内容
为克服现有技术中存在的绝缘纸使用成本大，绝缘性能不突出以及不嫩恶搞兼顾提高其他性能指标的问题，本发明提供了一种具有高耐磨性能的干式电力变压器。
本发明采用的技术方案为：一种具有高耐磨性能的干式电力变压器，包括绕组组件、设于所述绕组组件顶端的上固定件以及设于所述绕组组件底端的下固定件，所述绕组组件包括铁芯、卷绕在所述铁芯上的低压绕组和高压绕组，所述低压绕组和高压绕组之间设有绝缘纸，其创新点在于：所述绝缘纸包括两层结构：无纺布层和耐高温聚酯薄膜层，所述无纺布层和耐高温聚酯薄膜层之间采用粘合材料粘合不易分层；所述无纺布层包含5-30wt％芳族聚酰胺类纤维、60-80wt％芳族聚酰胺纸浆和10-15wt％芳族聚酰胺短纤维。
所述无纺布层通过所述粘合材料粘附在所述耐高温聚酯薄膜层其中的一侧面上，所述耐高温聚酯薄膜层的另一侧面粘附有一纳米保护膜层，所述纳米保护膜层的厚度为1.0-1.8mm；所述纳米保护膜层的主要材料为纳米三氧化二铝；
所述粘合材料包含100质量份将含有60质量％以上烷基碳原子数为8～12的(甲基)丙烯酸烷基酯和5质量％以下具有羧基的可自由基聚合单体的单体原料进行聚合而得到的Tg为-70～-50℃的水分散型丙烯酸类共聚物和10～40质量份增粘剂树脂。
在一些实施方式中，所述纳米保护膜层组成成分为纳米三氧化二铝70-90份，纳米氧化锆0.8-1.1份、纳米氧化锌0.6-1.2份、纳米氧化钛0.9-1.4份、环氧树脂2.2-3.4份。
在一些实施方式中，所述无纺布层包含20wt％芳族聚酰胺类纤维、70wt％芳族聚酰胺纸浆和10wt％芳族聚酰胺短纤维。
在一些实施方式中，所述芳族聚酰胺类纤维为对芳族聚酰胺类纤维。
在一些实施方式中，所述芳族聚酰胺短纤维为对芳族聚酰胺短纤维。
在一些实施方式中，所述芳族聚酰胺纸浆为具有0.5-6mm长度的对芳族聚酰胺纸浆。
在一些实施方式中，所述无纺布层的厚度为0.06mm。
在一些实施方式中，所述耐高温聚酯薄膜层的原材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述耐高温聚酯薄膜层的厚度为0.06-1.80mm。
在一些实施方式中，所述粘合材料的涂覆厚度为0.186～0.196mm。
在一些实施方式中，所述上固定件包括一组长条状钢板以及固定螺杆，长条状钢板两端设置有固定孔，所述固定螺杆穿过固定孔通过螺杆螺母形式固定一组长条状钢板；一组所述长条状钢板包括两个相同形状的长条状钢板，所述长条状钢板一侧表面设置有可弹性压缩或弹性膨胀的隔层，所述隔层的厚度在未压缩或膨胀状态下为4-5cm。
所述隔层包括散热隔层和耐磨隔层，所述散热隔层与耐磨隔层连续不间断连接，所述散热隔层的大小为耐磨隔层大小的4-6倍；所述散热隔层一端固定在长条状钢板一侧表面，另一端尽头无缝对接耐磨隔层；所述隔层整体呈波浪状褶皱。
在一些实施方式中，所述绝缘纸的生产方法为：首先在所述耐高温聚酯薄膜层的正面均匀涂抹所述粘合材料，将准备好的无纺布层平铺到均匀涂满所述粘合材料的所述耐高温聚酯薄膜层的正面后压平；然后放入烘箱中进行烘烤，固化结晶后取出；再在所述耐高温聚酯薄膜层的反面均匀涂满所述粘合材料；再次放入烘箱中进行烘烤，固化结晶后取出，此时耐温温度为280-350度的绝缘纸制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的具有高耐磨性能的干式电力变压器，由于粘合材料与聚酯薄膜的介电性，共同使得绝缘纸达到较好的绝缘效果；采用表面光滑的聚酯薄膜，放入电机中时，减少了电机间的摩擦，保证电机的工作质量。
(2)本发明的具有高耐磨性能的干式电力变压器，无纺布层包含5-30wt％芳族聚酰胺类纤维、60-80wt％芳族聚酰胺纸浆和10-15wt％芳族聚酰胺短纤维。因此，对无纺布层的组成部分进行了优化，相比于其他组合，本发明无纺布的介电强度(以kV/mm表示)和拉伸指数均得到了较大的提高，也就是说，本发明的无纺布层具有良好的撕裂强度。
(3)本发明的具有高耐磨性能的干式电力变压器，给出了最佳的数值配合，能够得到最好的撕裂强度，以及拉伸强度，以及保证绝缘性能好，在变压器的整个使用寿命期间都保持极度佳的电气性能和机械性能。
(4)本发明的具有高耐磨性能的干式电力变压器，严格限定了各层的组成厚度，减少电损耗，提高备用能力，增加安全性与可靠性，并减少其材料和绝缘纸的用量，从而缩小产品尺寸，降低成本，然而，最主要的目的是，各层的厚度影响绝缘纸的硬度、回弹性、是否易于插嵌等性能，在本发明中，最终确定的各层厚度，保证了绝缘纸在280度下能保持原强度的90％左右，300度条件下持续使用600h仍能保持原有强度的80％左右，在350度条件下持续使用100h，仍能保持原有强度的65％左右，因此，耐热性能和电气性能都比较突出。
(5)本发明的具有高耐磨性能的干式电力变压器，长条状钢板表面设置隔层，一方面隔层本身避免了铁芯与上固定件之间的直接接触，减少了两者摩擦，另一方面，隔层设置的可弹性压缩或弹性膨胀的隔层，并在本发明中具体限定了其厚度，主要的设计思想是，受到压力状态下，可以进行压缩，保证变压器铁芯不受伤害；或者需要在散热状态下，隔层进行膨胀，保证了变压器铁芯与线圈之间有足够的散热通道，使铁芯和低压线圈的温升降低，保持良好的散热性，保障变压器的正常运行并延长其使用寿命。
附图说明
图1是本发明具有高耐磨性能的干式电力变压器结构示意图；
图2是本发明绕组组件的结构示意图；
图3是本发明立体结构示意图；
图4是本发明隔层结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明披露了一种具有高耐磨性能的干式电力变压器，如图1所示：包括绕组组件1a、设于所述绕组组件1a顶端的上固定件2a以及设于所述绕组组件1a底端的下固定件3a，所述绕组组件1a包括铁芯4a、卷绕在所述铁芯4a上的低压绕组5a和高压绕组6a，所述低压绕组5a和高压绕组6a之间设有绝缘纸7a，作为本发明的一个发明点，在本发明的此实施方式中，所述绝缘纸7a包括两层结构：无纺布层和耐高温聚酯薄膜层，所述无纺布层和耐高温聚酯薄膜层之间采用粘合材料粘合不易分层；在本发明中，由于粘合材料与聚酯薄膜的介电性，共同使得绝缘纸达到较好的绝缘效果；采用表面光滑的聚酯薄膜，放入电机中时，减少了电机间的摩擦，保证电机的工作质量。作为进一步优选的，在本发明的此实施方式中，所述无纺布层包含5-30wt％芳族聚酰胺类纤维、60-80wt％芳族聚酰胺纸浆和10-15wt％芳族聚酰胺短纤维。在本发明中，无纺布层的组成部分进行了优化，相比于其他组合，本发明无纺布的介电强度(以kV/mm表示)和拉伸指数均得到了较大的提高，也就是说，本发明的无纺布层具有良好的撕裂强度。
作为进一步优选的，在本发明的此实施方式中，所述无纺布层包含20wt％芳族聚酰胺类纤维、70wt％芳族聚酰胺纸浆和10wt％芳族聚酰胺短纤维。本发明给出了最佳的数值配合，能够得到最好的撕裂强度，以及拉伸强度，以及保证绝缘性能好，在变压器的整个使用寿命期间都保持极度佳的电气性能和机械性能。
具体的，在本发明的此实施方式中，所述无纺布层通过所述粘合材料粘附在所述耐高温聚酯薄膜层其中的一侧面上，所述耐高温聚酯薄膜层的另一侧面粘附有一纳米保护膜层，所述纳米保护膜层的厚度为1.0-1.8mm；所述纳米保护膜层的主要材料为纳米三氧化二铝。
具体的，在本发明的此实施方式中，所述纳米保护膜层组成成分为纳米三氧化二铝70-90份，纳米氧化锆0.8-1.1份、纳米氧化锌0.6-1.2份、纳米氧化钛0.9-1.4份、环氧树脂2.2-3.4份。在本发明中，纳米保护层的加入，主要是为了保证绝缘纸具有高效的绝缘性，使得绝缘纸达到较好的绝缘效果；而在本发明中，为了更好的确保纳米保护层的绝缘性能发挥，本发明注重纳米保护层的耐磨性能的提高和改进，因此，本发明明确了纳米保护膜层的组分，纳米氧化锆、纳米氧化锌、纳米氧化钛和环氧树脂的微量加入，使薄膜表面的硬化层达到9H，耐磨可以经受0000#钢丝棉，采用5kg的压力，来回摩擦100次以上，在抗刮层表面没有划痕，该纳米保护膜的防刮耐磨效果极为优异。
具体的，在本发明的此实施方式中，所述芳族聚酰胺类纤维为对芳族聚酰胺类纤维。所述芳族聚酰胺短纤维为对芳族聚酰胺短纤维。所述芳族聚酰胺纸浆为具有0.5-6mm长度的对芳族聚酰胺纸浆。选择上述纤维的绝缘纸，绝缘纸不易老化，耐收缩及抗压缩，加上弹力特强，因此可以确保变压器即使使用数年之后，线圈仍保持结构紧密，并且能够短路的压力。另外，采用表面光滑的聚酯薄膜，放入电机中时，减少了电机间的摩擦，微型电机的工作质量。
在试验中，我们注意到，绝缘纸各个组成的厚度，对绝缘纸本身的机械性能和电气性能具有很大的影响，因此，在本发明的此实施方式中，所述无纺布层的厚度为0.06mm；进一步的，所述耐高温聚酯薄膜层的原材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述耐高温聚酯薄膜层的厚度为0.06-1.80mm，进一步的，所述粘合材料的涂覆厚度为0.186～0.196mm。在本发明中，严格限定了各层的组成厚度值或厚度范围，能够有效减少变压器电损耗，提高变压器备用能力，增加安全性与可靠性，并减少其材料和绝缘纸的用量，从而缩小产品尺寸，降低成本，然而，最主要的目的是，各层的厚度影响绝缘纸的硬度、回弹性、是否易于插嵌等性能，在本发明中，最终确定的各层厚度，绝缘纸的硬度高、回弹性好，易于插嵌，保证了绝缘纸在280度下能保持原强度的90％左右，300度条件下持续使用600h仍能保持原有强度的80％左右，在350度条件下持续使用100h，仍能保持原有强度的65％左右，因此，耐热性能和电气性能都比较突出。
本发明的另一目的是提供上述绝缘纸的生产方法：
首先在所述耐高温聚酯薄膜层的正面均匀涂抹所述粘合材料，将准备好的无纺布层平铺到均匀涂满所述粘合材料的所述耐高温聚酯薄膜层的正面后压平；然后放入烘箱中进行烘烤(烘烤温度为60度，烘烤时间为10min)，固化结晶后取出；再在所述耐高温聚酯薄膜层的反面均匀涂满所述粘合材料；再次放入烘箱中进行烘烤(烘烤温度为100度，烘烤时间为3min)，固化结晶后取出，此时耐温温度为280-350度的绝缘纸制成。
在本发明中，作为本发明的一个实施方式，所述粘合材料为粘合剂组合物，具体的，粘合材料包含100质量份将含有60质量％以上烷基碳原子数为8～12的(甲基)丙烯酸烷基酯和5质量％以下具有羧基的可自由基聚合单体的单体原料进行聚合而得到的Tg为-70～-50℃的水分散型丙烯酸类共聚物和10～40质量份增粘剂树脂。
在本发明的另一实施方式中，上固定件2a包括一组长条状钢板10以及固定螺杆，长条状钢板10两端设置有固定孔，所述固定螺杆穿过固定孔通过螺杆螺母形式固定一组长条状钢板10；作为本发明的一个发明点，如图3所示：在本发明的此实施方式中，一组所述长条状钢板10包括两个相同形状的长条状钢板10，所述长条状钢板10一侧表面设置有可弹性压缩或弹性膨胀的隔层11，所述隔层11的厚度在未压缩或膨胀状态下为4-5cm。在本发明中，长条状钢板10表面设置隔层11，一方面隔层11本身避免了铁芯3与长条状钢板10上固定件之间的直接接触，减少了两者摩擦，另一方面，隔层11设置的可弹性压缩或弹性膨胀的隔层，并在本发明中具体限定了其厚度，主要的设计思想是，受到压力状态下，可以进行压缩，保证变压器铁芯不受伤害；或者需要在散热状态下，隔层进行膨胀，保证了变压器铁芯与线圈之间有足够的散热通道，使铁芯和低压线圈的温升降低，保持良好的散热性，保障变压器的正常运行并延长其使用寿命。
作为进一步优选的，在本发明的此实施方式中，如图4所示：所述隔层11包括散热隔层110和耐磨隔层111，所述散热隔层110与耐磨隔层111连续不间断连接，所述散热隔层110的大小为耐磨隔层111大小的4-6倍；所述散热隔层110一端固定在长条状钢板10一侧表面，另一端尽头无缝对接耐磨隔层111；所述隔层11整体呈波浪状褶皱。在本发明中，隔层11需要两种材质，一种具有良好的导热性能，比如散热隔层110，是由良好的导热材料制成，另一种是具有良好的耐磨性能，比如耐磨隔层111，需要在铁芯4a与上固定件2a之间形成耐磨空间，增加了彼此间的缓冲力，避免铁芯4a与上固定件2a之间的机械碰撞强度过大而摩擦过多，产生磨损。在本发明中，散热隔层110作为主要主体，是因为需要保证变压器的的良好散热，作为进一步优选的，隔层11还具有减少噪音的作用，因为散热隔层110的大小为耐磨隔层111大小的4-6倍，通过整体呈波浪状折叠之后，厚度大约控制在4-5cm，这样有助于保证两者之间具有充分的隔断距离，大大增加了两者之间的缓冲力。因此，所述耐磨隔层111紧贴铁芯4表面，且耐磨隔层111的摩擦系数较大。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有高耐磨性能的干式电力变压器，包括绕组组件(1a)、设于所述绕组组件(1a)顶端的上固定件(2a)以及设于所述绕组组件(1a)底端的下固定件(3a)，所述绕组组件(1a)包括铁芯(4a)、卷绕在所述铁芯(4a)上的低压绕组(5a)和高压绕组(6a)，所述低压绕组(5a)和高压绕组(6a)之间设有绝缘纸(7a)，其特征在于：所述上固定件(2a)包括一组长条状钢板(10)以及固定螺杆，长条状钢板(10)两端设置有固定孔，所述固定螺杆穿过固定孔通过螺杆螺母形式固定一组长条状钢板(10)；一组所述长条状钢板(10)包括两个相同形状的长条状钢板(10)，所述长条状钢板(10)一侧表面设置有可弹性压缩或弹性膨胀的隔层(11)，所述隔层(11)的厚度在未压缩或膨胀状态下为4-5cm；
所述隔层(11)包括散热隔层(110)和耐磨隔层(111)，所述散热隔层(110)与耐磨隔层(111)连续不间断连接，所述散热隔层(110)的大小为耐磨隔层(111)大小的4-6倍；所述散热隔层(110)一端固定在长条状钢板(10)一侧表面，另一端尽头无缝对接耐磨隔层(111)；所述隔层(11)整体呈波浪状褶皱。
2.根据权利要求1所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述绝缘纸(7a)包括两层结构：无纺布层和耐高温聚酯薄膜层，所述无纺布层和耐高温聚酯薄膜层之间采用粘合材料粘合不易分层；所述无纺布层包含5-30wt％芳族聚酰胺类纤维、60-80wt％芳族聚酰胺纸浆和10-15wt％芳族聚酰胺短纤维；
所述无纺布层通过所述粘合材料粘附在所述耐高温聚酯薄膜层其中的一侧面上，所述耐高温聚酯薄膜层的另一侧面粘附有一纳米保护膜层，所述纳米保护膜层的厚度为1.0-1.8mm；所述纳米保护膜层的主要材料为纳米三氧化二铝；
所述粘合材料包含100质量份将含有60质量％以上烷基碳原子数为8～12的(甲基)丙烯酸烷基酯和5质量％以下具有羧基的可自由基聚合单体的单体原料进行聚合而得到的Tg为-70～-50℃的水分散型丙烯酸类共聚物和10～40质量份增粘剂树脂。
3.根据权利要求1或2所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述纳米保护膜层组成成分为纳米三氧化二铝70-90份，纳米氧化锆0.8-1.1份、纳米氧化锌0.6-1.2份、纳米氧化钛0.9-1.4份、环氧树脂2.2-3.4份。
4.根据权利要求3所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述无纺布层包含20wt％芳族聚酰胺类纤维、70wt％芳族聚酰胺纸浆和10wt％芳族聚酰胺短纤维。
5.根据权利要求4所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述芳族聚酰胺类纤维为对芳族聚酰胺类纤维。
6.根据权利要求4所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述芳族聚酰胺短纤维为对芳族聚酰胺短纤维。
7.根据权利要求4所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述芳族聚酰胺纸浆为具有0.5-6mm长度的对芳族聚酰胺纸浆。
8.根据权利要求4所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述无纺布层的厚度为0.06mm。
9.根据权利要求4所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述耐高温聚酯薄膜层的原材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述耐高温聚酯薄膜层的厚度为0.06-1.80mm。
10.根据权利要求9所述的具有高耐磨性能的干式电力变压器，其特征在于：所述绝缘纸(7a)的生产方法为：首先在所述耐高温聚酯薄膜层的正面均匀涂抹所述粘合材料，将准备好的无纺布层平铺到均匀涂满所述粘合材料的所述耐高温聚酯薄膜层的正面后压平；然后放入烘箱中进行烘烤，固化结晶后取出；再在所述耐高温聚酯薄膜层的反面均匀涂满所述粘合材料；再次放入烘箱中进行烘烤，固化结晶后取出，此时耐温温度为280-350度的绝缘纸制成。
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