CN109003791A - 用于干式变压器芯的耐腐蚀涂层系统 - Google Patents

Abstract

用于施涂到变压器芯的暴露表面的保护涂层系统防止该芯腐蚀。该保护涂层适于用于其中许多因素影响该变压器芯的寿命的工业和航海环境中。该保护涂层包括至少三个涂层。第一涂层是无机硅酸锌底漆。第二涂层是聚硅氧烷。第三涂层是室温或高温硫化硅橡胶。硅橡胶密封剂可以被进一步施涂到该芯的外边缘表面。

Description

用于干式变压器芯的耐腐蚀涂层系统

本申请是国际申请号为PCT/US2012/070609、国际申请日为2012年12月19日、进入中国国家阶段日期为2014年06月23日、国家申请号为201280064099.0、发明名称为“用于干式变压器芯的耐腐蚀涂层系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于应用于变压器芯，更具体而言用于应用于干式变压器芯的保护性涂层系统。

背景技术

干式变压器在户内和户外应用(诸如工业或航海环境中)常常暴露于腐蚀环境。环境和工业因素(诸如污染、雨、雪、风、灰尘、紫外线和海洋盐雾)促成被施涂于变压器的保护层的老化。变压器的有源部分(诸如芯)由于在变压器使用时与高工作温度和芯振动结合的前述腐蚀剂而易受腐蚀。

已知现有技术涂层使用来构造芯的铁磁材料老化、破裂并且促成叠片剥离(de-lamination)。因此，在本领域中需要改进用于干式变压器芯的耐腐蚀涂层。

发明内容

一种用于变压器芯的耐腐蚀涂层，该变压器芯包括具有顶磁轭和底磁轭的铁磁芯，以及至少一个芯柱，该铁磁芯具有外表面、第一涂层、第二涂层和第三涂层，其中该外表面暴露于周围环境，该第一涂层形成该芯外表面和该第二涂层之间的隔离层，该第二涂层形成该第一涂层和第三涂层之间的隔离层，该第三涂层形成该第二涂层和该周围环境之间的隔离层。

一种形成变压器芯的方法，其中该芯涂覆有保护性涂层，该方法包括提供变压器芯，利用包括无机硅酸锌的第一涂层来涂覆该变压器芯，利用包括聚硅氧烷的第二涂层来涂覆该变压器芯，以及利用包括室温可固化硅橡胶的第三涂层来涂覆该变压器芯。

附图说明

在附图中，结构实施例被示出，与下面提供的详细描述一起，描述了用于干式变压器芯的保护性涂层系统的示例性实施例。本领域技术人员将理解一个部件可以被设计为多个部件或者多个部件可以被设计为单个部件。

此外，在附图和下面的描述中，在通篇附图和所写的描述中相似的部件分别用相同的附图标记来表示。图未按比例绘制并且某些部分的比例为便于图示已被放大。

图1示出三相干式变压器的示例性线性芯；

图2示出具有非线性芯的示例性干式变压器；

图3是具有根据本发明而实施的至少三层的涂层系统的图1的示例性线性芯的磁轭的侧剖视图；以及

图4示出在施涂至少三层的涂层系统之后被施涂至图3的磁轭的外边缘的一层硅树脂密封剂。

具体实施方式

参照图1，示出了三相干式变压器10的示例性芯18。应该理解尽管示出了具有分裂内部支柱26的芯18，但本文将描述的涂层系统60适于施涂至各种芯18的配置。芯18包括被堆叠的多个叠片。叠片90包括铁磁材料(诸如硅钢)或非晶金属。

叠片90包括支柱和磁轭板80、82、84，这些支柱和磁轭板被堆叠以形成上和下磁轭24以及内芯柱和外芯柱26、48。分裂内芯柱26的支柱板82装配到在上和下磁轭24中形成的凹口86中。每个叠片90均具有冲压其上的开口(未示出)以允许利用螺栓或其他紧固装置将堆叠的叠片90连接在一起。组装好的芯18具有连接至上和下芯磁轭24的至少一个芯柱26、48。

可替换地，可以利用铁磁材料条来缠绕芯，其中这些条被切割成预定尺寸并且被形成为圆形或矩形形状，并且被退火。

应该理解具有由耐腐蚀涂层系统60保护的芯18的干式变压器可以被实施为单相变压器、三相变压器、或由三个单相变压器构成的三相变压器。可替换地，变压器10可以被实施为具有非线性芯18的三相变压器，诸如图2所示。

为了说明的目的，图2描绘了具有三相的示例性非线性变压器100。至少三个芯框架22包括非线性变压器100的铁磁芯18。至少三个芯框架22中的每一个均由一个或多个金属(诸如硅钢)和/或非晶金属条缠绕。至少三个芯框架22中的每一个均具有大体上圆角矩形形状并且包括相对的磁轭部分44和相对的支柱部分(未示出)。支柱部分基本上比磁轭部分44长。至少三个芯框架22在邻接支柱部分处被接合以形成芯柱38。结果是在从上方观察变压器时明显的三角形配置。

在非线性变压器100的芯18被组装之后，线圈组件12被分别安装至芯柱38。每个线圈组件12均包括高电压绕组32和低电压绕组34。低电压绕组34典型地设置在高电压绕组32内并且从该高电压绕组32径向向内。高电压绕组32和低电压绕组34由导电材料(诸如铜或铝)形成。高电压绕组和低电压绕组32、34由一个或多个导体片、具有大致矩形或环形形状的导体线、或导体条形成。

为了将至少三层的涂层系统60施涂至图1和图2所绘的芯18配置，芯18首先被组装，其中该芯上没有安装线圈组件12。耐腐蚀涂层系统60被施涂至变压器芯18的外表面。芯18的外表面包括上磁轭24、下磁轭24、内支柱26和外支柱48的所有暴露表面，包括图1所示的芯窗口55的内表面。暴露表面被涂覆有至少三层的涂层系统60并且被允许在将线圈组件12安装至变压器的内芯柱和外芯柱26、48之前完全干燥。

图2的非线性变压器的暴露表面包括至少三个芯框架22的除进行接触以形成芯柱38的邻接芯柱部的表面之外的外表面。

耐腐蚀涂层系统60适于施涂在位于户内或户外应用的变压器的芯18的外表面上。然而，耐腐蚀涂层系统60尤其为苛刻环境而设计，这些苛刻环境的特征在于下列环境和工业因素：污染、雨、雪、风、灰尘、紫外线、沙和海洋盐雾中的一个或多个因素。

耐腐蚀涂层系统60以至少三层被施涂至芯18，如图3所绘。至少三层包括硅酸锌底漆的第一涂层10、具有聚硅氧烷组合物的第二涂层12、以及包括室温硫化硅橡胶组合物的第三涂层30。

如图4所绘，密封剂50可以在至少三层的耐腐蚀涂层系统60被施涂以形成保护性涂层65之后被施涂至组装好的芯18的角部和边缘。

第一涂层10包括被直接施涂至铁磁芯18的无机硅酸锌底漆。适于第一涂层10的底漆的例子是可从Pittsbugh,PA的PPG得到的9。针对第一涂层10的期望的干膜厚度从大约10微米到大约25微米。第一涂层10在施涂第二涂层20之前需要大约20分钟的干燥时间。第一涂层10形成芯18的外表面和第二涂层20之间的隔离层。

第二涂层20包括聚硅氧烷组合物。适于第二涂层20的顶部涂层的例子是从Pittsbugh,PA的PPG得到的700。针对第二涂层20的期望的干膜厚度从大约10微米到大约20微米。第二涂层20需要高达24小时的固化时间。如果超过一层的第二涂层20被施涂，则需要针对每一层的大约20至大约25分钟的干燥时间。第二涂层20形成第一涂层10和第三涂层30之间的隔离层。

第三涂层30包括单组合物室温硫化硅橡胶。适于第三涂层30的例子是从SilchemGroup of Encinitas,CA可得到的Siltech 100HV。适于第三涂层30的室温硫化硅橡胶涂层的另一个例子是从加拿大安大略省Guelph的CSL Silicones Inc.可得到的Si-570^TM。第三涂层30在一个小时之后变得触摸干燥并且在24小时内固化。在分别包括低电压绕组34和高电压绕组32的线圈组件可以被安装至内芯柱26和外芯柱48之前，第三涂层30需要至少一个小时的干燥时间。针对第三涂层30的期望的干膜厚度从大约20微米到大约25微米。第三涂层30形成第二涂层20和周围环境之间的隔离层。

可替换地，第三涂层30可以是与如通过引用全部并入本文的WO20100112081所公开的可硬化的水泥填料和至少一种矿物氧化物填料结合的低温硫化硅橡胶或高温硫化硅橡胶基体。

可替换的第三涂层30的硅橡胶组合物可以由包括具有低温硫化硅橡胶或高温硫化硅橡胶的基体、填料材料和其他可选添加剂。基体可替换地可以包括在空气干燥期间固化的硅橡胶组合物。硅橡胶基体优选地为聚二甲基硅氧烷。应该理解聚二甲基硅氧烷的二甲基基团可以用苯基基团、乙烷基基团、丙烷基基团、3,3,3-三氟丙基、一氟甲基、二氟甲基或适于应用或如WO20100112081所公开的另一组合物代替。

填料材料包括可硬化的水泥填料和至少一种矿物氧化物填料。可硬化的水泥填料和至少一种矿物氧化物填料的重量比从每100份硅树脂基体(按重量计)大约10份到大约230份(按重量计)。可硬化水泥填料与至少一种矿物无机氧化物填料的重量比从大约3:1到大约1:4。

适于用来应用的可硬化水泥填料的例子是石灰石、天然硅酸铝、粘土或前述的混合物。适于用来应用的矿物氧化物填料的例子是硅土、氧化铝、氧化镁、氢氧化铝、氧化钛，或硅土和氧化铝的混合物。适于应用的可选添加剂是稳定剂、阻燃剂和染料。

第一涂层10、第二涂层20和第三涂层30中的每一者均可以通过将芯18浸在保持相应的涂覆组合物的大桶中，或者通过在芯18正被旋转时将涂覆组合物浇在芯18上而利用刷子、喷雾器、辊子来施涂。施涂每个涂层之间所需的干燥时间从大约20分钟到大约25分钟。所有涂层都是室温可固化的或通过空气干燥可固化的，除非高温度硫化硅橡胶合成物在可替换的第三涂层30中被用作硅树脂基体。

密封剂层50可以被施涂至组装好的芯18的边缘和角部。密封剂层50包括室温硫化硅橡胶。适于应用的室温硫化硅橡胶密封剂的例子是从Dow Corning of Midland,MI可得到的Dow RTV 732多用途密封剂。

发明人对由包括硅钢的多个组装好的磁轭板84构成的样品执行1,000小时盐雾测试。多个组装好的磁轭板84在所有外表面上均被涂覆有至少三层的耐腐蚀涂层系统60。至少三层的耐腐蚀涂层系统60被允许在涂覆之间干燥至少20分钟。样品进一步包括在多个磁轭板84的每个端面上放置的玻璃纤维增强的聚酯(GFRP)树脂片。磁轭板和GFRP树脂片由穿过磁轭板84和GFRP树脂片中的开口放置的螺栓保持在一起，螺栓被涂覆有至少三层的涂层系统60。盐雾测试在盐雾室中执行，其中水的pH被设定为从大约6.5到大约6.8，并且室的温度是大约32摄氏度。盐雾测试包括五天封闭的盐雾室与两天敞开室交替，在所述敞开室中样品暴露于紫外光和氧气。封闭的盐雾室测试与敞开室测试交替直到完成1,000小时盐雾测试。

盐雾测试结果显示样品展现最小的腐蚀。腐蚀沿着开口的内侧部分被发现，其中螺栓和开口之间的接触防止了耐腐蚀涂层粘附至表面。

保护性涂层系统60可以用于垫上安装、杆上安装、变电站、网络、配电、和其他电力公共应用。

应该理解，除了具有保护性涂层系统60的芯18之外，顶部和底部芯夹(未示出)也可以涂覆有涂层系统60的第一涂层10、第二涂层20和第三涂层30以防止腐蚀。顶部和底部芯夹被用来固定变压器的组装好的芯18。

具有涂覆了耐腐蚀涂层系统60的芯18的完成的干式变压器应该直到从施涂耐腐蚀涂层系统60起过去四天，才开始操作。

在其中第一涂层10和/或第二涂层20需要较低粘度的应用中，溶剂(诸如V.M和P.石脑油)可以被用作稀释剂。

虽然本申请图示了各种实施例，并且虽然这些实施例已被相当详细地描述，但是申请人并不旨在将所附的权利要求书的范围限定或以任何方式限制到这样的细节。本领域技术人员容易看出附加的优点和修改。因此，本发明在其较宽泛的方面不限于所示和所述的特定细节、代表性实施例和说明性例子。因此，在不脱离申请人的总体发明概念的精神或范围的情况下可以从这些细节形成改变形式。

Claims (9)

1.一种具有耐腐蚀涂层系统的变压器芯，所述变压器芯包括：

铁磁芯，所述铁磁芯包括顶部磁轭和底部磁轭、以及至少一个芯柱，所述铁磁芯具有暴露于周围环境的外表面；

第一涂层，所述第一涂层包括无机硅酸锌，所述第一涂层形成所述芯外表面和第二涂层之间的隔离层，其中所述第一涂层具有介于大约10微米到大约15微米之间的厚度；

所述第二涂层，所述第二涂层包括聚硅氧烷，所述第二涂层形成所述第一涂层和第三涂层之间的隔离层，其中所述第二涂层具有介于大约10微米到大约20微米之间的厚度；

所述第三涂层，所述第三涂层包括室温硫化硅橡胶组合物和填料材料，所述填料材料包括可硬化水泥填料以及至少一种矿物氧化物填料，所述可硬化水泥填料进一步包括石灰石和天然矿物硅酸盐，其中所述可硬化水泥填料与所述至少一种矿物氧化物填料的重量比从大约3:1到大约1:4；并且所述第三涂层形成所述第二涂层和所述周围环境之间的隔离层，其中所述第三涂层具有介于大约20微米到大约25微米之间的厚度。

2.根据权利要求1所述的变压器芯，其中所述芯包括边缘表面，在所述边缘表面处所述磁轭和所述至少一个芯柱被接合，所述边缘表面由室温硫化硅橡胶组合物的密封剂层涂覆。

3.根据权利要求1所述的变压器芯，其中所述室温硫化硅橡胶是聚二甲基硅氧烷。

4.根据权利要求1所述的变压器芯，进一步包括添加剂，所述添加剂从由稳定剂、阻燃剂、色料和染料组成的组中选择。

5.根据权利要求1所述的变压器芯，其中所述矿物氧化物从由如下物质组成的组中选择：硅土、氧化铝、氧化镁、氢氧化铝、氧化钛、前述物质中的任何两个或多个的混合物、以及前述所有的混合物。

6.根据权利要求1所述的变压器芯，其中所述天然矿物硅酸盐从由粘土、天然硅酸铝、或粘土和天然硅酸铝的混合物组成的组中选择。

7.根据权利要求1所述的变压器芯，其中所述第三涂层包括高温硫化硅橡胶和可硬化水泥填料。

8.一种形成变压器芯的方法，其中所述芯被涂覆有保护性涂层，所述方法包括：

a.提供变换器芯；

b.利用包括无机硅酸锌的第一涂层涂覆所述变换器芯，其中所述第一涂层具有介于大约10微米到大约15微米之间的厚度；

c.利用包括聚硅氧烷的第二涂层涂覆所述变换器芯，其中所述第二涂层具有介于大约10微米到大约20微米之间的厚度；

d.利用包括室温硫化硅橡胶组合物和填料材料的第三涂层涂覆所述变换器芯，所述填料材料包括可硬化水泥填料以及至少一种矿物氧化物填料，所述可硬化水泥填料进一步包括石灰石和天然矿物硅酸盐，其中所述可硬化水泥填料与所述至少一种矿物氧化物填料的重量比从大约3:1到大约1:4；并且所述第三涂层形成所述第二涂层和所述周围环境之间的隔离层，其中所述第三涂层具有介于大约20微米到大约25微米之间的厚度。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：e.利用硅橡胶密封剂涂覆所述变压器芯的外边缘表面。