Printre componentele de bază ale unui transformator, înfășurarea servește drept „centru de conducere” pentru conversia energiei electrice. Calitatea procesului său determină în mod direct stabilitatea și fiabilitatea echipamentului în timpul funcționării pe termen lung{1}. Indiferent dacă este un transformator industrial de distribuție a energiei sau un transformator nou-specific de energie, dacă înfășurarea are defecte de proces, poate cauza probleme minore, cum ar fi supraîncălzirea locală și pierderi crescute, sau chiar defecțiuni grave, cum ar fi defectarea și arderea izolației, ceea ce duce la pierderi economice semnificative. Acest articol va începe de la legăturile cheie ale procesului de înfășurare, va analiza-impactul acestuia în profunzime asupra stabilității transformatorului și va oferi referințe pentru selecția industriei și optimizarea producției.
I. Poziția de bază a procesului sinuos: „Linia de bază de apărare” pentru stabilitate
Înfășurarea transformatorului este realizată din fire de înfășurare, asumând în principal funcțiile duble de „inducție electromagnetică” și „transmisie de curent”. În timpul funcționării, înfășurarea trebuie să reziste la trei tipuri de solicitări: stres electric, stres termic și stres mecanic. Stresul electric provine din distribuția câmpului electric sub tensiune înaltă, stresul termic provine din căldura generată de pierderea curentului, iar stresul mecanic este cauzat de forța electromagnetică indusă de curentul de scurt-circuit. Prin legături precum selecția firelor, precizia înfășurării și tratamentul izolației, procesul de înfășurare determină în mod direct capacitatea înfășurării de a rezista la aceste trei tipuri de solicitări, servind drept „linia de bază de apărare” pentru asigurarea funcționării stabile a transformatorului.
Conform statisticilor privind defecțiunile din industrie, aproximativ 35% dintre defecțiunile bruște ale transformatorului sunt legate de procesul de înfășurare, printre care „descărcarea parțială cauzată de înfășurare slăbită” și „scurtcircuit-la-turn cauzat de deteriorarea stratului de izolație” reprezintă cea mai mare proporție. Aceste date confirmă în continuare că un proces de bobinare de-înaltă calitate este nu numai o condiție prealabilă pentru conformitatea produsului, ci și garanția de bază pentru funcționarea stabilă-pe termen lung a echipamentului.
II. Impactul specific al legăturilor cheie ale proceselor asupra stabilității
Procesul de înfășurare acoperă patru verigi principale: selecția firului, metoda de înfășurare, tratamentul izolației și uscare și întărire. Detaliile tehnice ale fiecărei legături sunt strâns legate de stabilitatea transformatorului, cu impacturi specifice după cum urmează:
1. Selectarea firului: controlul pierderilor și rezistenței la căldură de la „sursă”.
Ca „cadru” al înfășurării, materialul, specificațiile și tratamentul de suprafață al firului afectează direct eficiența conductivă și stabilitatea termică a înfășurării:
- Alegerea materialului:În prezent, firele de înfășurare principale sunt fire de cupru și fire de aluminiu. Conductivitatea firelor de cupru este cu aproximativ 30% mai mare decât cea a firelor de aluminiu. Sub aceeași sarcină, înfășurările de cupru au pierderi mai mici, mai puțină generare de căldură, îmbătrânire termică mai lentă în timpul funcționării pe termen lung-și avantaje semnificative de stabilitate. Deși firele de aluminiu au costuri mai mici, ele necesită o suprafață mai mare-secțiunii transversale pentru a se potrivi cu performanța conductivă a firelor de cupru, ceea ce duce cu ușurință la o creștere a volumului înfășurării și la o dificultate mai mare de disipare a căldurii. Dacă controlul procesului este necorespunzător, este probabil să apară supraîncălzirea locală
- Specificația firului:Abaterea diametrului firului și eroarea de rotunjime a firului afectează direct etanșeitatea înfășurării după înfășurare. De exemplu, atunci când abaterea diametrului firului depășește 0,05 mm, firul este predispus la „diferență de înălțime” în timpul procesului de înfășurare, rezultând o suprafață de înfășurare neuniformă. Acest lucru determină distribuția neuniformă a câmpului electric în timpul funcționării și crește riscul de descărcare parțială. Dacă rotunjimea nu este la standard, va duce la zone inconsecvente de contact ale firului, provocând o distribuție dezechilibrată a curentului și agravând generarea locală de căldură.
- Tratarea suprafeței:Grosimea și aderența peliculei de vopsea izolatoare pe suprafața firului sunt cruciale. O peliculă de vopsea de-înaltă calitate trebuie să aibă o grosime uniformă (cu o eroare mai mică sau egală cu 5%) și o aderență puternică. Dacă folia de vopsea are găuri, zgârieturi sau decojire, va reduce rezistența de izolație-la-întorsătură și este posibil să se producă o defecțiune-la-în timpul funcționării, cauzând direct defecțiuni ale înfășurării.
2. Metoda de înfășurare: Precizia determină „rezistența la stres”.
Metoda de înfășurare este veriga centrală a procesului de înfășurare, iar precizia sa afectează direct rezistența mecanică și uniformitatea câmpului electric al înfășurării. Metodele obișnuite de înfășurare includ „tipul cilindric multi-strat”, „tipul continuu”, iar impactul diferitelor metode asupra stabilității variază semnificativ:
- Controlul tensiunii înfășurării:Tensiunea neuniformă în timpul procesului de înfășurare este principala cauză a înfășurărilor slăbite. Dacă tensiunea este prea scăzută, vor exista goluri între firele de înfășurare. În timpul funcționării, firele sunt predispuse la deplasări sub acțiunea forței electromagnetice, ducând la uzura stratului de izolație. Dacă tensiunea este prea mare, firul este ușor întins și deformat, ceea ce afectează secțiunea transversală-conductivă și poate deteriora pelicula de vopsea izolatoare. Un proces-de înaltă calitate necesită un sistem automat de control al tensiunii pentru a controla fluctuația tensiunii cu ±5%, asigurându-se că înfășurarea este strânsă și lipsită de deteriorări cauzate de stres.
- Precizia aranjamentului bobinării:„Regularitatea” și „etanșeitatea” aranjamentului firelor afectează direct distribuția câmpului electric. De exemplu, dacă într-o înfășurare continuă apar „viri greșite” sau „viri suprapuse”, intensitatea câmpului electric local va crește brusc (de până la 3 ori mai mare decât cea a zonei normale), declanșând descărcarea parțială. Dacă spațiul inter-strat al unei înfășurări cilindrice cu mai multe-strat depășește 0,1 mm, se va forma un „decalaj de aer”. Deoarece intensitatea câmpului de defalcare a aerului este mult mai mică decât cea a hârtiei izolante, este probabil să apară o defecțiune între straturi.
- Încheierea procesului de tratament:Capătul înfășurării este zona concentrată a solicitărilor mecanice. În timpul unui scurtcircuit, forța electromagnetică la capăt poate atinge de zeci de ori mai mult decât în condiții normale de funcționare. Dacă legarea la capăt nu este fermă (de exemplu, distanța dintre banda de legătură este prea mare sau nodurile nu sunt strânse), capătul este predispus la deformare și deplasare în timpul unui scurtcircuit, ceea ce rupe și mai mult stratul de izolație. Un proces-de înaltă calitate necesită „legare încrucișată cu mai multe-strat” și instalarea de „inele de colț” la capete pentru a spori rezistența mecanică și a asigura forma stabilă a înfășurării în timpul unui scurtcircuit.
3. Tratamentul izolației: blocarea „căii de transmisie a erorilor”
Sistemul de izolație al înfășurării este cheia rezistenței la stresul electric și stresul termic. Calitatea procesului de tratare a izolației determină în mod direct durata de viață și fiabilitatea sistemului de izolație:
- Alegerea materialului de izolare:Materialele de izolare obișnuite includ hârtie izolatoare, vopsea izolatoare și distanțiere. De exemplu, limita-de rezistență la temperatură pe termen lung a hârtiei izolante din clasa A este de 105 grade , în timp ce cea a hârtiei izolatoare din clasa H poate ajunge la 180 de grade . În medii cu temperatură ridicată (cum ar fi centralele energetice noi și atelierele metalurgice), alegerea hârtiei izolatoare clasa H poate prelungi durata de viață a sistemului de izolație de 3-5 ori. Dacă materialul de izolație este selectat necorespunzător, este predispus la îmbătrânire și fragilizare la temperaturi ridicate, ceea ce duce la o scădere a rezistenței izolației.
- Procesul de impregnare și uscare:Scopul tratamentului de impregnare este de a permite vopselei izolatoare să pătrundă complet în golurile înfășurării, formând un „strat izolator integral”. Dacă impregnarea este insuficientă (de exemplu, vâscozitatea vopselei este prea mare sau timpul de impregnare este insuficient), bulele de aer vor rămâne în interiorul înfășurării. Intensitatea câmpului de descompunere a bulelor de aer este scăzută, ceea ce provoacă cu ușurință descărcarea parțială. Dacă procesul de uscare nu este controlat corespunzător (de exemplu, temperatura crește prea repede sau umiditatea nu respectă standardul), aceasta va duce la întărirea neuniformă a vopselei izolatoare, ducând la crăpare și exfoliere și pierderea efectului de protecție a izolației.
- Controlul grosimii izolației:Grosimea stratului de izolație trebuie proiectată cu precizie în funcție de tensiunea nominală a transformatorului. De exemplu, grosimea izolației-la-turnării unui transformator de 10 kV ar trebui să fie mai mare sau egală cu 0,3 mm. Dacă grosimea este insuficientă, este ușor defalcat de tensiune înaltă. Dacă grosimea este prea groasă, va crește volumul de înfășurare, va afecta eficiența disipării căldurii și va cauza risipă de material. Un proces-de înaltă calitate necesită „monitorizare online a grosimii” pentru a se asigura că abaterea grosimii stratului de izolație este mai mică sau egală cu 0,02 mm.
4. Uscare și întărire: Blocarea în „Stabilitatea procesului”
Uscarea și întărirea este veriga finală a procesului de bobinare. Scopul său este de a elimina umezeala din înfășurare și de a asigura că vopseaua izolatoare este complet întărită. Dacă nu sunt manipulate corespunzător, efectele proceselor anterioare vor fi irosite:
- Controlul umidității:Umiditatea din înfășurare va reduce semnificativ rezistența izolației și va accelera îmbătrânirea izolației. De exemplu, atunci când conținutul de umiditate din hârtia izolatoare depășește 0,5%, intensitatea câmpului său de defalcare va scădea cu mai mult de 40%. Un proces de uscare-de înaltă calitate necesită „uscare în vid” pentru a controla conținutul de umiditate al înfășurării sub 0,1%, evitând în același timp oxidarea firului din cauza temperaturilor excesiv de ridicate.
- Temperatura și timpul de întărire:Întărirea vopselei izolatoare trebuie să urmeze principiul „creșterii în trepte a temperaturii”. Dacă temperatura crește prea repede, vopseaua este predispusă la „întărire la suprafață în timpul neîntăririi interioare”, rezultând o rezistență insuficientă a stratului de izolație. Dacă timpul de întărire este insuficient, vopseaua izolatoare nu va fi pe deplin reticulat-și este predispusă să se înmoaie și să curgă în timpul funcționării pe termen lung-. De exemplu, vopseaua izolatoare pe bază de-epoxidice trebuie menținută la 120 de grade timp de mai mult de 6 ore pentru a asigura un grad de întărire mai mare sau egal cu 95% și pentru a garanta o performanță stabilă de izolare.
III. Direcții de optimizare a procesului de înfășurare: de la „Conformitate” la „Excelență”.
Pentru producătorii de transformatoare, îmbunătățirea stabilității procesului de înfășurare necesită eforturi în trei aspecte: „modernizarea echipamentelor”, „controlul procesului” și „îmbunătățirea testării”:
Actualizarea automată a echipamentelor: introduceți mașini de bobinat complet automate (echipate cu sisteme de control în buclă închisă{0}}tensiunii), monitoare online pentru grosimea izolației, rezervoare de uscare în vid și alte echipamente pentru a reduce erorile de operare manuală și pentru a asigura un control precis al parametrilor procesului.
Controlul complet al-procesului de calitate: stabiliți un sistem complet de-control al procesului care să acopere „inspecția firului de intrare - inspecția procesului de bobinare - inspecția prin eșantionare a tratamentului izolației - testul de rezistență la tensiunea produsului finit”. De exemplu, firele de intrare trebuie testate pentru diametrul firului și aderența filmului de vopsea, iar precizia aranjamentului înfășurării ar trebui să fie inspectată la fiecare 100 de spire în timpul procesului de înfășurare.
Testare de fiabilitate îmbunătățită: înfășurarea finită trebuie să treacă trei teste de bază: „test de rezistență la -la-turn, „test de descărcare parțială” și „test de rezistență la scurt-circuit”. Printre acestea, cantitatea de descărcare parțială ar trebui să fie controlată sub 5pC (pentru gradul de 10 kV), iar testul de rezistență la scurt-circuit ar trebui să reziste la impactul nominal al curentului de scurt-circuit timp de 2 secunde pentru a se asigura că înfășurarea rămâne stabilă chiar și în condiții extreme de lucru.
IV. Concluzie
Fiind „bariera tehnică de bază” în fabricarea transformatoarelor, fiecare detaliu al procesului de înfășurare este strâns legat de stabilitatea echipamentului. Pentru utilizatori, atunci când selectează un transformator, aceștia ar trebui să acorde atenție capacităților de proces de înfășurare ale producătorului (cum ar fi dacă are echipament de înfășurare automată și dacă a trecut de certificarea standard a Comisiei Electrotehnice Internaționale (IEC)). Pentru producători, aceștia trebuie să actualizeze procesul de înfășurare de la o „cerință de conformitate” la un „avantaj competitiv” prin optimizarea procesului și modernizarea tehnică, punând o bază solidă pentru funcționarea stabilă-pe termen lung a transformatoarelor.
