CN113451020A - 一种干式变压器的高压线圈及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干式变压器的高压线圈及其制备方法，包括第一导体层、连接绝缘层和第二导体层，连接绝缘层包括从下到上设置的第一外绝缘层、内绝缘层和第二外绝缘层，第一外绝缘层与第一电导体层接触，第二外绝缘层与第二电导体层接触；第一外绝缘层和第二外绝缘层均为软质的树脂毡；内绝缘层分别与第一外绝缘层和第二外绝缘层通过粘结剂贴合。第一外绝缘层和第二外绝缘层均为软质的树脂毡，当对其施加压力时候，第一外绝缘层会向下凹陷嵌入至第一电导体层内的电导体与电导体之间的缝隙中，从而减少第一外绝缘层和第一导电层的空隙。第二外绝缘层和第二导体层同理。从而使连接绝缘层与第一电导体层和第二电导体层，贴合紧密，无空隙。

Description

一种干式变压器的高压线圈及其制备方法
技术领域
本发明涉及干式变压器技术领域，具体涉及一种干式变压器的高压线圈及其制备方法。
背景技术
干式变压器广泛用于局部照明、高层建筑、机场，码头CNC机械设备等场所，简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。干式变压器主要由硅钢片组成的铁芯和环氧树脂浇注的线圈组成，高低压线圈之间放置绝缘筒增加电气绝缘，并由垫块支撑和约束线圈，其零部件搭接的紧固件均有防松性能。干式变压器的构造包括固体绝缘包封绕组和不包封绕组。绕组是指：两个绕组中，电压较高的是高压绕组，较低的是低压绕组。因此，在这样的线圈工作期间，相邻层之间的电压差发生在层的该轴向端部处，该电压差是最低的，其中导体被馈送到径向上方的铺设层，并且该电压差在相应层的轴向相对端部处是最高的。
为了在线圈工作期间避免相邻层之间的任何电击穿，通常在其间提供附加的绝缘层。绝缘层通过由树脂浸渍的带状料坯材料制成，而且树脂和带材各自具有较硬的稠度。所以需要通过固化使树脂再次熔化成液态并固化成具有硬稠度的晶体结构，以形成绝缘层。为了提高这种绝缘层的绝缘能力，必须尽可能地减少未填充树脂的各空腔的数量，以避免局部放电。
但现有的干式变压器的高压线圈中，导体层与绝缘层接触处贴合不紧密，特别是在同一导体层内相邻电导体之间的楔形区域中存在空隙。因此，在固化过程中，没有足够的熔融树脂填充缠绕导体之间的整个空间，从而降低了绝缘层的质量。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种干式变压器的高压线圈，与电导体层接触的外绝缘层所用的材料是软质的树脂毡，能有效减少电导体和外绝缘层的空隙；本发明的目的之二在于提供一种干式变压器的高压线圈的制备方法，通过固化工艺制造具有改进绝缘层的干式变压器高压线圈。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种干式变压器的高压线圈，包括第一电导体层、第二电导体层、以及设置于所述第一电导体层与所述第二电导体层之间的连接绝缘层；所述第一电导体层和所述第二电导体层均为由若干个电导体按径向相邻排列的电导体层；所述连接绝缘层包括从下到上设置的第一外绝缘层、内绝缘层和第二外绝缘层，第一外绝缘层与第一电导体层接触，第二外绝缘层与第二电导体层接触；
第一外绝缘层和第二外绝缘层均为软质的树脂毡，树脂毡由毡坯浸渍树脂浆料制备而成；内绝缘层为薄膜层，内绝缘层分别与第一外绝缘层和第二外绝缘层通过粘结剂贴合。
进一步，所述树脂浆料包括以下按质量份计的原料：二缩水甘油醚型环氧树脂80～95份、1～15份脂环族环氧树脂、0.1～10份聚合物橡胶纳米颗粒和0.1～1份催化固化剂；其中，聚合物橡胶纳米颗粒的平均粒径均为80～200nm。
再进一步，所述催化固化剂为二甲基苄胺、二苄基甲胺、1,2-二烷基咪唑、邻苯二甲酸酐或1-癸基-2-甲基咪唑中的一种或两种以上组合物。
进一步，所述聚合物橡胶纳米颗粒为苯乙烯-丁二烯橡胶和/或聚丁二烯橡胶。
再进一步，所述树脂毡的制备方法为：将树脂浆料分散打浆，得到树脂浆料；将树脂浆料浸润毡坯，再进行碾压浸透，在50～60℃烘干后，得到树脂毡。
进一步，所述树脂浆料包括色浆，树脂毡的毡坯与树脂浆料的色浆颜色不同。毡坯和树脂浆料的色浆的颜色不同能更直观地展示毡坯浸渍树脂浆料的程度，能直观地看到浸渍不良的区域，从而实现树脂浆料在毡屁的润透。两者的颜色优选为高对比度的颜色组合。
再进一步，所述第一电导体层和第二电导体层中电导体的数量分别为至少三个。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
干式变压器的高压线圈的制备方法，包括以下步骤：
1)第一外绝缘层的一面和第二外绝缘层的一面分别通过粘结剂贴合在内绝缘层的两面，形成连接绝缘层；
2)将第一外绝缘层的另一面与第一电导体层以及第二外绝缘层的另一面与第二电导体接触，施压向下的力使第一外绝缘层和第二外绝缘层发生形变，保证第一外绝缘层嵌入第一电导体层的电导体与电导体之间的缝隙以及第二外绝缘层嵌入第二电导体层的电导体与电导体之间的缝隙；
3)然后加温，使第一外绝缘层和第二外绝缘层中的树脂浆料熔化并使第一外绝缘层、内绝缘层和第二外绝缘层固化成一体形成连接绝缘层，得到干式变压器的高压线圈。
进一步，步骤1)中，所述粘结剂为环氧树脂胶粘剂。优选地，选用在B阶段(凝胶阶段)的环氧树脂胶粘剂，因为在该阶段的环氧树脂胶粘剂只是局部固化，第一外绝缘层和第二外绝缘层的树脂浆料仍能够与它化学连接，所以能将第一外绝缘层、内绝缘层和第二外绝缘层进行粘结。
再进一步，步骤3)中，加温至120～130℃，保温0.5～2h。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的干式变压器的高压线圈的第一外绝缘层和第二外绝缘层均为软质的树脂毡，当第一外绝缘层与第一电导体层接触时，由于第一外绝缘层的柔软性，当对其施加压力时候，第一外绝缘层会向下凹陷嵌入至第一电导体层内的电导体与电导体之间的缝隙中，从而减少第一外绝缘层和第一导电层的空隙。第二外绝缘层和第二导体层同理。内绝缘层设置在第一外绝缘层和第二外绝缘层之间，内绝缘层是硬度高的树脂膜层，所以内绝缘层即使受到外力不会像第一外绝缘层和第二外绝缘层那样塌陷，保证连接绝缘层的厚度不会因卷绕工艺而减小，同时径向压力不会降低。由于内绝缘层的膜基体不会融化，为了确保内绝缘层与第一外绝缘层和第二外绝缘层的无空隙粘合，使用胶粘剂贴合，从而得到紧密贴合的连接绝缘层。连接绝缘层设置在第一电导体层和第二电导体层之间，贴合紧密，无空隙，连接绝缘层的效果好。
(2)传统的树脂浆料中需要加入增塑剂和增韧剂，但会提高韧性和塑性的同时，会使得材料的玻璃化转变温度(Tg)降低，由于Tg决定了树脂浆料的最大使用温度，也决定了连接绝缘层的最大使用温度。由于线圈需要在高温环境中工作，若Tg较小，则会导致连接绝缘层老化，甚至导致失效。所以为了避免因加入增韧剂使得材料中玻璃化转变温度降低的技术问题，本发明的树脂浆料不加入增韧剂，以二缩水甘油醚型环氧树脂为基料辅以脂环族环氧树脂，再加入高度分散的聚合物橡胶纳米颗粒和催化固化剂，同样能达到提高韧性的技术效果，而还提高了树脂浆料的玻璃化转变温度。树脂浆料的玻璃化转变温度越高，固化后的第一外绝缘层和第二外绝缘层的硬度越大，耐腐蚀性越好。
(3)在制备干式变压器的高压线圈时，先将第一外绝缘层的一面和第二外绝缘层的一面分别通过粘结剂贴合在内绝缘层的两面，形成连接绝缘层。再将第一外绝缘层的另一面与第一电导体层以及第二外绝缘层的另一面与第二电导体层接触，并施加外力，使第一外绝缘层和第二外绝缘层产生形变，并分别嵌入第一电导体层和第二电导体层之间的电导体间的缝隙中。再进行加温固化，使软质的第一外绝缘层和第二外绝缘层以及硬质的内绝缘层结合层完全硬化成连接绝缘层。利用该方法能减少电导体层和绝缘层之间的空隙，确保在径向相邻的导体层之间具有电学上所需的最小绝缘厚度。
附图说明
图1为实施例1的高压线圈示意图。
图中：1、电导体；2、第一电导体层；3、第二电导体层；4、连接绝缘层；41、第一外绝缘层；42、内绝缘层；43、第二外绝缘层。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
如图1所示，一种干式变压器的高压线圈，包括第一电导体层2、第二电导体层3以及设置于所述第一电导体层2与所述第二电导体层3之间的连接绝缘层4；第一电导体层2和第二电导体层3均为由若干个电导体1按径向相邻排列组成的电导体层；第一电导体层2和第二电导体层3之间设有连接绝缘层4，连接绝缘层4包括从下到上设置的第一外绝缘层41、内绝缘层42和第二外绝缘层43，第一外绝缘层41与第一电导体层2接触，第二外绝缘层43与第二电导体层3接触；
第一外绝缘层41和第二外绝缘层43均为软质的树脂毡，树脂毡由毡坯浸渍树脂浆料制备而成；内绝缘层42为薄膜层，内绝缘层42分别与第一外绝缘层41和第二外绝缘层43通过粘结剂贴合。
树脂膜层的膜基体优选聚酰亚胺(PI)薄膜或聚乙烯(PE)薄膜，树脂膜层的厚度为1～3mm。上述薄膜具有恒定厚度和硬度高的优点，即使对其施加外力，厚度也恒定不变，树脂膜层为连接绝缘层4提供了最小的绝缘能力。
具体地，所述树脂浆料包括以下按质量份计的原料：二缩水甘油醚型环氧树脂80份、1份脂环族环氧树脂、0.1份聚合物橡胶纳米颗粒、0.1份催化固化剂和0.01份色浆；其中，所述催化固化剂为质量比1：1的二甲基苄胺和1,2-二烷基咪唑。聚合物橡胶纳米颗粒为聚丁二烯橡胶，其平均粒径均为80nm。树脂毡的毡坯的颜色为灰白色，色浆颜色为红色。
再进一步，所述树脂毡的制备方法为：将树脂浆料分散打浆，得到树脂浆料；将树脂浆料浸润毡坯，再进行碾压浸透，在50～60℃烘干后，得到树脂毡。
再进一步，所述第一电导体层2和第二电导体层3中电导体1的数量分别为五个。
干式变压器的高压线圈的制备方法，包括以下步骤：
1)第一外绝缘层41的一面和第二外绝缘层43的一面分别通过粘结剂贴合在内绝缘层42的两面，形成连接绝缘层4；
2)将第一外绝缘层41的另一面与第一电导体层2以及第二外绝缘层43的另一面与第二电导体接触，施压向下的力使第一外绝缘层41和第二外绝缘层43发生形变，保证第一外绝缘层41嵌入第一电导体层2的电导体1与电导体1之间的缝隙以及第二外绝缘层43嵌入第二电导体层3的电导体1与电导体1之间的缝隙；
3)然后加温至120～130℃，固化0.5～2h，使第一外绝缘层41和第二外绝缘层43中的树脂浆料熔化并使第一外绝缘层41、内绝缘层42和第二外绝缘层43固化成一体形成连接绝缘层4，得到干式变压器的高压线圈。
进一步，步骤1)中，所述粘结剂为环氧树脂胶粘剂。优选地，选用在B阶段(凝胶阶段)的环氧树脂胶粘剂，因为在该阶段的环氧树脂胶粘剂只是局部固化，第一外绝缘层41和第二外绝缘层43的树脂浆料仍能够与它化学连接，所以能将第一外绝缘层41、内绝缘层42和第二外绝缘层43进行粘结。
再进一步，步骤3)中，加温至120～130℃，保温0.5～2h。
实施例2
实施例2的干式变压器的高压线圈的结构与实施例1相同。但第一外绝缘层41和第二外绝缘层43所用的树脂浆料配方不同，具体如下：
树脂浆料包括以下按质量份计的原料：85份二缩水甘油醚型环氧树脂、14份脂环族环氧树脂、5份聚合物橡胶纳米颗粒、0.8份催化固化剂和0.02份色浆；
其中，催化固化剂为质量比1：1的二甲基苄胺和邻苯二甲酸酐或1-癸基-2-甲基咪唑。所述聚合物橡胶纳米颗粒为质量比为2：1的苯乙烯-丁二烯橡胶和聚丁二烯橡胶。其中，两者的平均粒径均为80～90nm。
实施例3
实施例3的干式变压器的高压线圈的结构与实施例1相同。但第一外绝缘层41和第二外绝缘层43所用的树脂浆料配方不同，具体如下：
所述树脂浆料包括以下按质量份计的原料：二缩水甘油醚型环氧树脂95份、15份脂环族环氧树脂、10份聚合物橡胶纳米颗粒和1份催化固化剂；其中，所述催化固化剂为邻苯二甲酸酐。所述聚合物橡胶纳米颗粒为苯乙烯-丁二烯橡胶，其平均粒径为200nm。
对比例1
对比例1的树脂浆料与实施例2的不同之处在于，对比例1不加入聚合物橡胶纳米颗粒，而是加入5份聚乙二醇(增韧剂)。其余组合与实施例2相同。
性能测试
用膨胀计测量实施例1～3和对比例1的树脂浆料的玻璃化温度。并按照GB/T6569-86测量实施例1～3和对比例1的树脂浆料在200℃下固化后的抗弯强度；按照GB/T2567-2008测量实施例1～3和对比例1的树脂浆料的断裂伸长率，具体数据如下表所示。
表1实施例1～3和对比例1的树脂浆料的玻璃化温度和抗弯强度数据
玻璃化温度℃ 抗弯强度MPa 断裂伸长率％
实施例1 124 94 0.35
实施例2 128 101 0.32
实施例3 131 97 0.34
对比例1 107 83 0.35
根据表1可知，实施例1～3以聚合物橡胶纳米颗粒代替了增韧剂，玻璃化转变温度较对比例1高，而且抗弯强度均高于对比例1，断裂伸长率与对比例1比较接近，说明实施例1～3的树脂浆料配方，无需添加增韧剂，有效提高玻璃化转变温度，提高固化后的抗弯强度，而且不影响材料的韧性。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种干式变压器的高压线圈，其特征在于，包括第一电导体层、第二电导体层、以及设置于所述第一电导体层与所述第二电导体层之间的连接绝缘层；所述第一电导体层和所述第二电导体层均为由若干个电导体按径向相邻排列的电导体层；所述连接绝缘层包括从下到上设置的第一外绝缘层、内绝缘层和第二外绝缘层，第一外绝缘层与第一电导体层接触，第二外绝缘层与第二电导体层接触；
第一外绝缘层和第二外绝缘层均为软质的树脂毡，树脂毡由毡坯浸渍树脂浆料制备而成；内绝缘层为薄膜层，内绝缘层分别与第一外绝缘层和第二外绝缘层通过粘结剂贴合。
2.如权利要求1所述的干式变压器的高压线圈，其特征在于，所述树脂浆料包括以下按质量份计的原料：二缩水甘油醚型环氧树脂80～95份、1～15份脂环族环氧树脂、0.1～10份聚合物橡胶纳米颗粒、5～10份苯乙烯和0.1～1份催化固化剂；其中，聚合物橡胶纳米颗粒的平均粒径均为80～200nm。
3.如权利要求2所述的干式变压器的高压线圈，其特征在于，所述催化固化剂为二甲基苄胺、二苄基甲胺、1,2-二烷基咪唑、邻苯二甲酸酐或1-癸基-2-甲基咪唑中的一种或两种以上组合物。
4.如权利要求3所述的干式变压器的高压线圈，其特征在于，所述聚合物橡胶纳米颗粒为苯乙烯-丁二烯橡胶和/或聚丁二烯橡胶。
5.如权利要求1所述的干式变压器的高压线圈，其特征在于，所述树脂毡的制备方法为：将树脂浆料分散打浆，得到树脂浆料；将树脂浆料浸润毡坯，再进行碾压浸透，烘干后，得到树脂毡。
6.如权利要求1所述的干式变压器的高压线圈，其特征在于，所述树脂浆料包括色浆，树脂毡的毡坯与树脂浆料的色浆颜色不同。
7.如权利要求1所述的干式变压器的高压线圈，其特征在于，所述第一电导体层和第二电导体层中电导体的数量分别为至少三个。
8.权利要求1～7任一项所述的干式变压器的高压线圈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)第一外绝缘层的一面和第二外绝缘层的一面分别通过粘结剂贴合在内绝缘层的两面，形成连接绝缘层；
2)将第一外绝缘层的另一面与第一电导体层以及第二外绝缘层的另一面与第二电导体接触，施压向下的力使第一外绝缘层和第二外绝缘层发生形变，保证第一外绝缘层嵌入第一电导体层的电导体与电导体之间的缝隙以及第二外绝缘层嵌入第二电导体层的电导体与电导体之间的缝隙；
3)然后加温，使第一外绝缘层和第二外绝缘层中的树脂浆料熔化并使第一外绝缘层、内绝缘层和第二外绝缘层固化成一体形成连接绝缘层，得到干式变压器的高压线圈。
9.如权利要求8所述的干式变压器的高压线圈的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述粘结剂为环氧树脂胶粘剂。
10.如权利要求8所述的所述的干式变压器的高压线圈的制备方法，其特征在于，步骤3)中，加温至120～130℃，保温0.5～2h。
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