CN114093630A - 一种用于变压器绕组的电工绝缘纸、液浸式变压器及制备方法 - Google Patents

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赵崇智
宋浩永
李助亚
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Abstract

所述纸基材料的主要成分为纤维素；所述树脂层的材料为环氧树脂，所述纸基材料中含有胺类化合物，所述纸基材料中含有抗氧化剂，所述纸基材料中含有羧酸消除剂。本发明还公开了一种包括上述电工绝缘纸的液浸式变压器，该公开了一种用于变压器绕组的电工绝缘纸的制备方法。本发明的电工绝缘纸，既具有传统电工绝缘纸的机械特性、电气特性、与绝缘油良好的相容性以及浸渍特性，而且具有更好的耐热特性。同时具有良好的抗氧化性和抗水解性，适用于大容量或小型化的液浸式变压器。

Description

一种用于变压器绕组的电工绝缘纸、液浸式变压器及制备 方法
技术领域
本发明涉及绝缘材料技术领域，具体涉及一种用于变压器绕组的电工绝缘纸、液浸式变压器及制备方法。
背景技术
液浸式变压器的油箱内采用绝缘油作为绝缘、冷却介质，变压器的铁心及套装在铁心上的绕组都浸渍在油箱的绝缘油中，绕组的绝缘材料通常采用纤维素绝缘纸。纤维素绝缘纸是具有微小空隙的材料，当绝缘油浸渍在纤维素绝缘纸的空隙中形成油纸绝缘增强了纤维素绝缘纸的绝缘特性。
变压器用绝缘油根据其原料主要分为矿物油、硅油、合成酯油和天然酯油。电工绝缘纸主要有普通纤维素纸、耐热纤维素绝缘纸、合成纤维素纸等，但综合考虑材料特性及成本，目前普通纤维素纸也称牛皮纸仍是市场上的主流产品。
变压器是电力系统中重要的电气设备，需要具有高可靠性及安全性。液浸式变压器的老化主要由变压器中绝缘油和绝缘纸的老化所产生，并且在绝缘油与绝缘纸的老化过程中，主要受氧气及水分的影响较大。绝缘油老化后，可以通过脱气滤油或者换油等方式进行处理。然而绝缘纸一旦老化，对其进行更换是非常困难的，因此通常绝缘纸的老化程度决定了液浸式变压器的理论使用寿命。
液浸式变压器中广泛使用的绝缘纸，其主要成分为纤维素，判断绝缘纸的老化状态是以纤维素的平均聚合度数值作为依据。但国内外对其寿命终止的判据尚不统一，模拟试验和实测结果表明，当绝缘纸的聚合度降至250～300时，固体绝缘的抗张强度已降至30％左右，其机械强度已基本丧失。一般认为，对于聚合度为1000左右的新纸，当老化使聚合度降至500时，绝缘寿命处于中后期。
纤维素是由葡萄糖环组成的高分子聚合物，其化学式如下1所示的。
Figure BDA0003348049790000021
纤维素((C6H10O5)n)的分解反应大致分为氧化反应、水分解及热分解三种。氧化反应是在氧气条件下纤维素中的羟基(-O-H)被氧化后成为羰基(-C-O-)和羧酸(-COOH)，并且生成水(H2O)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)等的反应过程。水分解是在水分子的条件下纤维素中的醚(-O-)被切断后生成二氧化碳、一氧化碳、葡萄糖分子(C6H10O6)等的反应过程。热分解是由于热而导致纤维素中的化学键断裂的反应过程。
热分解相比与氧化反应及水分解需要更高的温度，因此一般条件下相比与氧化反应及水分解不容易产生。而水分解反应会切断纤维素的主链，将直接降低纤维素的平均聚合度。另外，氧化反应产生的羧基对水分解反应具有催化作用。由此可知，纤维素绝缘纸的老化受水分解反应的影响较大，换言之通过抑制纤维素的水分解反应，可以延缓绝缘纸的老化速率。基于此特性，研究人员提出了各种提高纤维素的耐水性的技术方案，例如通过向纤维素中添加乙腈从而进行氧化及乙酰化的方法等。然而，纤维素分子间形成了氢键，化学反应速度慢，上述方法需要复杂的制造工序，因此成本较高。
发明内容
本发明提供一种用于液浸式电力变压器绕组绝缘的电工绝缘纸，既具有传统电工绝缘纸的机械性能、电气性能、与绝缘油良好的相容性以及浸渍特性，而且具有更好的耐热特性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于变压器绕组的电工绝缘纸，包括纸基材料，还包括：
树脂层，所述树脂层涂覆在纸基材料的表面，且该树脂层的厚度为0.8-1.2μm；
其中，所述纸基材料的主要成分为纤维素；所述树脂层的材料为环氧树脂。
优选的，所述纸基材料中含有胺类化合物。
优选的，所述纸基材料中含有抗氧化剂。
优选的，所述纸基材料中含有羧酸消除剂。
一种液浸式变压器，该液浸式变压器绝缘绕组的导体表面覆盖有上述的电工绝缘纸。
一种用于变压器绕组的电工绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
S1：将环氧树脂材料溶解与溶剂中，形成均匀的环氧树脂溶液；
S2：将纸基材料浸渍在上述S1得到的溶液中，待环氧树脂溶液均布于纸基材料表面后，将纸基材料取出；
S3：擦拭纸基材料上多余的溶液量，并进行常温干燥；
S4：对上述S3得到的附着有环氧树脂材料的纸基材料恒温加热。
优选的，所述步骤S2中将纸基材料浸渍在环氧树脂溶液中保持5-10min。
优选的，所述步骤S4中采用恒温箱进行加热处理。
由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：本发明的电工绝缘纸，既具有传统电工绝缘纸的机械特性、电气特性、与绝缘油良好的相容性以及浸渍特性，而且具有更好的耐热特性。同时具有良好的抗氧化性和抗水解性，适用于大容量或小型化的液浸式变压器。
附图说明
图1为本发明的电工绝缘纸的截面示意图；
图2为本发明应用于液浸式变压器绕组的截面示意图；
图3为图2中A部分的结构示意图。
图中：10、纸基材料；20、树脂层；30、绝缘绕组；40、导体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
实施例：
参照图1，一种用于变压器绕组的电工绝缘纸，包括纸基材料10，还包括：
树脂层20，树脂层涂覆在纸基材料的表面，且该树脂层的厚度为0.8-1.2μm；
其中，纸基材料的主要成分为纤维素；树脂层的材料为环氧树脂，树脂层20可以阻碍水分进入纸基材料10，这样可以减少纤维素材料的老化程度，此外树脂层厚度控制在0.8-1.2μm之间，且需完全覆盖纸基材料，从而抑制纸基材料的吸水性。
本发明的电工绝缘纸具有良好的浸渍性，很薄的树脂层20结构将有助于保持纤维素材料的微小空隙，绝缘油可以快速地浸透到纸基材料10中。因此该电工绝缘纸浸渍在绝缘油中可以保持良好的浸油性。此外，如果树脂层的厚度大于1.2μm，将堵塞纸基材料之间的微小空隙，将降低该电工绝缘纸的浸油性。
进一步的，树脂层20中环氧树脂的热分解温度高于纸基材料10中纤维素的热分解温度，从而对纸基材料形成保护。
进一步的，纸基材料10含有胺类化合物。纸基材料中纤维素发生氧化反应后将生成酚醛化合物，而酚醛化合物进一步氧化将生成羧酸，羧酸将加速纤维素的水分解反应。而通过添加胺类化合物可以与酚醛化合物发生化学反应，消耗掉酚醛化合物从而抑制羧酸的产生，达到减缓纤维素的水分解反应的效果。
进一步的，纸基材料中添加抗氧化剂，从而减缓纸基材料10中纤维素的的氧化劣化。
进一步的，纸基材料10中添加羧酸消除剂，从而减缓纸基材料中纤维素的水解反应。
参照图2、图3，本发明还公开了一种液浸式变压器，该液浸式变压器绝缘绕组30的导体40表面覆盖有上述的电工绝缘纸，在液浸式变压器中，通过使用本发明提供的耐热电工绝缘纸，能够提高液浸式变压器的安全运行温度，因此本发明提供的电工绝缘纸适用于大容量或小型化的变压器产品。
本发明还公开了一种用于变压器绕组的电工绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
S1：将环氧树脂材料溶解与溶剂中，形成均匀的环氧树脂溶液；
S2：将纸基材料浸渍在上述S1得到的溶液中，待环氧树脂溶液均布于纸基材料表面后，将纸基材料取出；
S3：擦拭纸基材料上多余的溶液量，并进行常温干燥，常温干燥可保证环氧树脂材料附着在纤维素绝缘纸的的两面；
S4：对上述S3得到的附着有环氧树脂材料的纸基材料恒温加热。
进一步的，步骤S2中将纸基材料浸渍在环氧树脂溶液中保持5-10min，以使得环氧树脂材料充分附着在纸基材料两侧充分。
进一步的，步骤S4中采用恒温箱进行加热处理，促使环氧树脂材料固化在纤维素绝缘纸的两面，以形成树脂层。
为了验证本发明的电工绝缘纸的理化性能，本发明对包含环氧树脂层的纤维素绝缘纸与无树脂层的纤维素绝缘纸进行了理化特性的对比试验。
(1)绝缘油浸渍试验
作为考核绝缘纸浸渍绝缘油的性能指标，对两种绝缘纸表面滴下5-10μL绝缘油，静置10分钟后，在绝缘纸的另一面采用光谱法进行测定。若在另一面能够检测到绝缘油的光谱，就认为绝缘油浸渍到了绝缘纸内部，到达了另一面。
(2)拉伸强度试验
按照GB/T20628.2-2006《电气用纤维素纸第2部分：试验方法》检测了两种绝缘纸的拉伸强度，以无树脂层的普通纤维素绝缘纸拉伸强度为1，对比了环氧树脂层纤维素绝缘纸的抗拉强度。
(3)绝缘试验
按照GB/T20628.2-2006《电气用纤维素纸第2部分：试验方法》检测了两种绝缘纸的电气强度，以无树脂层的普通纤维素绝缘纸电气强度为1，对比了环氧树脂层纤维素绝缘纸的电气强度。
(4)耐热试验
按照GB/T11026.1-2016《电气绝缘材料耐热性》试验测定了两种绝缘纸的耐热特性。首先将两种绝缘纸进行干燥，其次准备好脱气脱水处理的矿物绝缘油，然后将充分干燥的绝缘纸浸入矿物绝缘油中，装入压力容器并进行密封。将压力容器中的温度加热到130-170℃的范围，每间隔一段时间取出两种电工绝缘纸的样片进行拉伸强度的试验，并与初始值进行对比，通过曲线求得两种电工绝缘纸的拉伸强度减半的温度与时间，以无树脂层的普通纤维素绝缘纸拉伸强度减半的温度为0，对比了相同条件下环氧树脂层纤维素绝缘纸的拉伸强度减半温度。
试验结果如表1所示。
表1 结果对比
Figure BDA0003348049790000051
通过上表可知，在绝缘油浸渍性试验中，两种绝缘纸的另一面均可检测到绝缘油光谱，因此认为两种绝缘纸具备相同的浸渍特性。拉伸强度试验和绝缘强度试验对于两种绝缘纸来说，增加环氧树脂层对其特性影响不大，但在耐热试验中可以明显看出，环氧树脂层的纤维素绝缘纸，其耐热指数相对于普通纤维素绝缘纸提高了10K。
如上所述，本发明提供了一种用于液浸式电力变压器绕组绝缘的电工绝缘纸，既具有传统电工绝缘纸的机械特性、电气特性、与绝缘油良好的相容性以及浸渍特性，而且具有更好的耐热特性。该电工绝缘纸适用于大容量或小型化的液浸式变压器。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于变压器绕组的电工绝缘纸，包括纸基材料(10)，其特征在于，还包括：
树脂层(20)，所述树脂层涂覆在纸基材料的表面，且该树脂层的厚度为0.8-1.2μm；
其中，所述纸基材料的主要成分为纤维素；所述树脂层的材料为环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的用于变压器绕组的电工绝缘纸，其特征在于，所述纸基材料(10)中含有胺类化合物。
3.根据权利要求2所述的用于变压器绕组的电工绝缘纸，其特征在于，所述纸基材料中含有抗氧化剂。
4.根据权利要求3所述的用于变压器绕组的电工绝缘纸，其特征在于，所述纸基材料中含有羧酸消除剂。
5.一种液浸式变压器，其特征在于，该液浸式变压器绝缘绕组(30)的导体(40)表面覆盖有权利要求1-4任一项所述的电工绝缘纸。
6.一种根据权利要求1-4任一项所述的用于变压器绕组的电工绝缘纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将环氧树脂材料溶解与溶剂中，形成均匀的环氧树脂溶液；
S2：将纸基材料浸渍在上述S1得到的溶液中，待环氧树脂溶液均布于纸基材料表面后，将纸基材料取出；
S3：擦拭纸基材料上多余的溶液量，并进行常温干燥；
S4：对上述S3得到的附着有环氧树脂材料的纸基材料恒温加热。
7.根据权利要求6所述的用于变压器绕组的电工绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中将纸基材料浸渍在环氧树脂溶液中保持5-10min。
8.根据权利要求7所述的用于变压器绕组的电工绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中采用恒温箱进行加热处理。
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