الوضع الحالي واتجاهات التطوير للمواد العازلة للمحولات

المواد العازلة هي واحدة من أهم المواد في المحولات.

أولاً ، يؤثر أدائها وجودتها بشكل مباشر على موثوقية تشغيل المحولات. في العقدين الماضيين ، تظهر منتجات جديدة ، وتقنيات جديدة ، ونظريات جديدة في مواد عزل الجهاز وتنمية باستمرار ، مما يجعل مواد عزل المحول وتطبيقها موضوعًا مهمًا للغاية.

1. الوضع الحالي لمواد عزل المحولات في الصين

1.1 نظرة عامة على مواد عزل المحولات

مع تحسن صناعة المحولات المحلية من خلال إدخال التقنيات الأجنبية المتقدمة ، فإن استيعاب وابتكار بشكل مستقل ، وتوسيع القدرة الإنتاجية ، وتنوع وجودة وقدرة منتجات المحولات جميعها شهدت جميعها تحسينات كبيرة. وفقًا لمتوسط ​​معدل استهلاك مواد العزل الحالي للمعدات الكهربائية ، فإنه 65 طنًا لكل 10 ميجاوات من سعة الطاقة المثبتة. من هذا ، يمكننا تقدير أن مواد العزل تمثل نسبة كبيرة من المعدات الكهربائية. في الوقت نفسه ، يتم تحديد موثوقية وخدمة المحولات إلى حد كبير من خلال مواد العزل المستخدمة. تتلقى مواد العزل اهتمامًا متزايدًا من مصممي المحولات والمصنعين.

مواد العزل ، والمعروفة أيضًا باسم المواد العازلة ، هي مواد ذات مقاومة عالية وانخفاض الموصلية. تُستخدم هذه المواد لعزل الأجزاء الموصلة في إمكانات كهربائية مختلفة ، مما يضمن تدفق التيار الكهربائي في اتجاه معين. في المحولات ، تلعب مواد العزل أيضًا أدوارًا في تبديد الحرارة ، والتبريد ، والدعم ، والثبات ، وقمع القوس ، وتحسين تدرجات الجهد ، والوقاية من الرطوبة ، والوقاية من العفن ، وحماية الموصلات.

يتم تصنيف مواد العزل من خلال مستويات التحمل الحراري على النحو التالي: Y (90 درجة) ، A (105 درجة) ، E (120 درجة) ، B (130 درجة) ، F (155 درجة) ، H (180 درجة) ، و C (أعلى من 180 درجة). يشير مستوى التحمل الحراري لمواد عزل المحول إلى الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي يمكن أن تحملها مادة العزل في المحول. إذا تم استخدام المواد بشكل صحيح ، فيمكنها ضمان عمر الخدمة 20-. بخلاف ذلك ، سيتم تقصير عمرهم وفقًا لقاعدة 8 درجات (على سبيل المثال ، يتم انخفاض عمر العزل من الفئة A لكل زيادة في درجة الحرارة 8 درجات ، ويقل عزل الفئة B بمقدار 10 درجة ، وينخفض ​​الفئة H بمقدار 12 درجة). تُعرف هذه القاعدة باسم "قاعدة الشيخوخة الحرارية 8 درجة".

يرتبط أداء مواد العزل ارتباطًا وثيقًا بتكوينها الجزيئي وهيكلها. هناك العديد من أنواع مواد عزل المحولات ، والتي تصنف بشكل عام من خلال شكلها على أنها مواد عازلة غازية وسائلة وصلبة.

1.2 مواد العزل الغازية

المواد العازلة الغازية الأكثر استخدامًا في المحولات هي SF6 (سداسي فلوريد الكبريت). SF6 هو غاز غير قابل للاشتعال مع خصائص فيزيائية وكيميائية مستقرة للغاية. تعتبر مزايا استخدام SF6 كمواد عزل في المحولات مهمة ، كما هو موضح أدناه:

الوقاية من الحرائق: الميزة الأساسية للمحولات المعزولة للغاز SF6 (GIT) هي خصائصها المقاومة للحريق. SF6 هو غاز غير قابل للاحتراق ، وخصائصه الفيزيائية والكيميائية مستقرة للغاية.

الجهد العالي وقدرة كبيرة: المحولات المعزولة بـ SF6 هي النوع الوحيد القادر على تحقيق الفولتية العالية والقدرات الكبيرة في المحولات المقاومة للكوارث. حتى الآن ، تكون المحولات المقاومة للحرائق قيد الاستخدام في جميع أنحاء العالم محولات من النوع الجاف (بما في ذلك المحولات الجافة الراتنجات الايبوكسي والمحولات الجافة المفتوحة من الفئة H) والغازات. يتم التعرف بشكل عام على أعلى جهد للمحولات من النوع الجاف على أنها 35 كيلو فولت ، بسعة 20 mVa ، بينما يمكن أن تصل الأجهزة إلى 275-500 kV و 300 mVa. في ترقيات الشبكات الحضرية الحالية في الصين ، تتطلب العديد من المدن إنشاء محطات فرعية 110-220} في مراكز المدن (بعضها محطات تحت الأرض) ، والتي من المحتمل أن تزيد من الطلب على اللوحات.

توفير الفضاء: إن بصمة GIT هي نفسها تقريبًا مثل محول محول من نفس السعة ومستوى الجهد ، ولا يتطلب معدات قمع حريق إضافية. ومع ذلك ، عند الجمع بين مفاتيح المفاتيح المرفقة بالكامل (GIS) ، يمكن أن تتصل GITS مباشرة بـ GIS ، مما يلغي الحاجة إلى رؤوس الكابلات وغيرها من الملحقات ، وبالتالي تقليل المساحة المطلوبة بشكل كبير للمحطات الفرعية. وقد أظهرت العديد من المحطات الفرعية الخارجية هذه الفائدة.

الحد من الارتفاع: لا تتطلب اللوحات خزانات تخزين النفط ، لذلك فهي أقل بنسبة 20 ٪ في الارتفاع مقارنة بالمحولات التي تم تحريكها للنفط ، والتي هي مفيدة لتقليل تكاليف الهندسة المدنية في المحطات الفرعية تحت الأرض.

بنية معقدة وتكلفة عالية: في حين أن الهيكل الكلي للنغاف يشبه التكاليف المحوّل التي تم إرفاقها بالزيت ، فإن الخصائص العازلة لغاز SF6 تتأثر بشكل كبير بعوامل مثل ضغط الغاز ، وتوحيد المجال الكهربائي ، ومحتوى الغبار. ونتيجة لذلك ، فإن اللغات ليست أكثر تعقيدًا في الهيكل فحسب ، بل تتطلب أيضًا معايير أعلى لبيئات الإنتاج والعمليات. علاوة على ذلك ، نظرًا لانخفاض قدرة تبديد الحرارة لـ SF6 مقارنة بزيت المحولات ، وحقيقة أن الغلاف الخارجي هو وعاء مضغوط ، فإن هذه العوامل تسهم في ارتفاع تكاليف المواد الخام ، مما يجعل اللغات أكثر تكلفة.

ضوضاء: على الرغم من أن الضوضاء الأساسية للغازات أقل بحوالي 3 ديسيبل من المحولات التي تم تحريكها للزيت ، إلا أن الضوضاء من المعجبين يمكن أن تكون عالية جدًا. لذلك ، لا يمكن القول بشكل قاطع أن اللغات أكثر هدوءًا من المحولات التي تم تحريكها للنفط.

سعة التحميل الزائد: نظرًا لسوء قدرة تبديد الحرارة لغاز SF6 ، فإن سعة الحمل الزائد للناسين لا تقل سوى حوالي ثلثي محولات المحولات التي تخلوها الزيت.

(8) بالنسبة للغواكب مع تنظيم الجهد على التحميل ، يجب استخدام مغير الصنبور على الحمل. لمثل هذه المغيرات الصنبور المستخدمة في تطبيقات عالية الجهد ، وذات سعة كبيرة ، هناك حاليًا صعوبات في إنتاجها محليًا. الاعتماد على الواردات سيزيد من التكلفة الإجمالية حتما.

1.3 مواد العزل السائل

مادة العزل السائل الأولية المستخدمة في المحولات هي زيت المحولات ، والذي يعمل على توفير العزل وتبديد الحرارة وقمع القوس.

1.3.1 زيت المحولات التقليدية

زيت المحول التقليدي هو نتيجة ثانوية لتكرير البترول. وتشمل مكوناته الرئيسية الألكانات ، والهيدروكربونات المشبعة النفثيني ، والهيدروكربونات غير المشبعة العطرية.

حاليًا ، فإن زيوت المحولات الأكثر استخدامًا هي 25# (مع نقطة صب لا أعلى من درجة {1}}) و 45# (مع نقطة صب لا أعلى من -45). فيما يلي متطلبات الأداء النموذجية لزيوت المحولات:

كثافة منخفضة: هذا يساعد على ضمان استقرار الماء والشوائب في النفط.

لزوجة معتدلة: سوف تؤثر اللزوجة المرتفعة على تبديد حرارة الحراري ، في حين أن منخفضًا جدًا سوف يقلل من نقطة الفلاش.

نقطة فلاش عالية: من الناحية المثالية ، يجب ألا تكون نقطة الفلاش أقل من 136 درجة.

نقطة صب منخفضة: هذا يضمن أن الزيت لا يزال فعالا في درجات حرارة منخفضة.

محتوى منخفض من الشوائبمثل الأحماض والقواعد والكبريت والرماد: يجب تقليلها لتجنب تآكل مواد العزل والأسلاك وخزانات الزيت.

درجة الأكسدة المنخفضة: يجب ألا يخضع الزيت إلى الأكسدة المفرطة.

الاستقرار الكافي: عادة ما يشار إلى الاستقرار من خلال اختبار عدد الحمض ، والذي يمثل قدرة الزيت على مقاومة الشيخوخة.

1.3.2 زيت الاحتكار

تم تطوير زيوت الاحتكاك للهب بسبب عدم كفاية مقاومة الحريق للمحولات. في أوائل سبعينيات القرن العشرين ، أثناء البحث عن بدائل لزيت المحولات ، كان الشرط هو أن نقطة الحريق في الزيت البديل يجب ألا تقل عن 300 درجة ، ويجب ألا تنشر النار. على الرغم من أن 300 درجة هي قيمة درجة حرارة تعسفية ، فقد تم قبولها على نطاق واسع كمؤشر مناسب لتثبيت اللهب لأنه أكثر من ضعف نقطة حريق زيت المحول.

في وقت مبكر من الخمسينيات من القرن الماضي ، اخترعت الولايات المتحدة زيت السيليكون ، وتم تقديم أول محول زيت السيليكون في عام 1974. في عام 1977 ، أنتجت شركة GEC في المملكة المتحدة أول محول باستخدام استرداد الأسترال Midel7131 (يشار إليه باسم M). في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، طورت المملكة المتحدة زيت Formel Oil (يشار إليها باسم F Oil) ، وتم إنتاج أول محول للزيت F في عام 1983. في السنوات الأخيرة ، قامت شركة DSI الأمريكية بتطوير زيوت مترجمة على أساس البترول على التوالي ، بما في ذلك النفط والزيت و Poly - -. يتم عرض مؤشرات الأداء الخاصة بهم في الجدول 1:

1.3.3 الزيت النباتي

في 1 يوليو 2008 ، طورت شركة Siemens Energy محولًا باستخدام سائل عزل قائم على الزيت النباتي لـ ENBW ، وهي شركة طاقة ألمانية. حاليًا ، تقوم ENBW بنشر محولات مع سائل العزل الجديد في محطة Teinach ، الواقع بالقرب من Bad Teinach-Rzavelstein في جنوب غرب ألمانيا. الهدف من ذلك هو تقييم وتسجيل الأداء التشغيلي لهذه المحولات في ظل ظروف العالم الحقيقي. يتكون سائل العزل المستخدم في المحول الجديد لـ Siemens من الإسترات الطبيعية المستمدة من الزيوت النباتية مثل بذور اللفت وفول الصويا وعباد الشمس ، إلخ. وهذا يزيد بشكل كبير من نقطة وميض السائل ويضمن قابلية التحلل الحيوي الكامل. بالإضافة إلى ذلك ، لا تتسبب هذه السوائل في أي تلوث مائي ، مما يجعلها مناسبة للمناطق ذات اللوائح البيئية الصارمة.

علاوة على ذلك ، يتم إغلاق هذه المحولات بإحكام لمنع الأكسجين من الهواء من التواصل مع سائل العزل ، مما قد يسبب آثارًا سلبية. يمتد هذا الختم عمر خدمة المحول ويزيد من قدرته على التحميل ، مما يقلل من تكاليف التشغيل للأداة المساعدة.

1.4 مواد عزل صلبة

تشير مواد العزل الصلبة المستخدمة في المحولات إلى مواد عزلية في شكل صلب أو تم تحويلها إلى حالة صلبة من خلال التغيرات الكيميائية أو الفيزيائية. هناك مجموعة واسعة من مواد العزل الصلبة ، مثل الورق العازلة ، ولوح العزل ، والخشب الكهربائي ، وألواح القماش الزجاجية الإيبوكسي ، وألواح رقائقية منخفضة الخواص ، وملموس عازلة ، لاصق عزل ، شريط قماش قطني ، شريط ضغط ، شريط بوليستر غير المنسوج ، وما إلى ذلك. بالنسبة للمحولات التي تخلوها الزيت ، فإن أهم مواد العزل الصلبة هي ما يلي:

1.4.1 ورقة عزل

تنقسم الورق العازلة إلى فئتين: ورق الألياف النباتية وورق الألياف الاصطناعية. تحدد الهياكل الجزيئية المختلفة للسليلوز القابلية للتشويه المختلفة ، والخصائص الميكانيكية ، والخصائص الكهربائية للورقة العازلة.

1.4.1.1 لمة خشب الكبريتات النقية الورق العازلة

تشمل الأنواع الشائعة من الورق العازلة في الصين:

ورقة كابل الطاقة: يستخدم للعزل في محولات الطاقة أو غيرها من المنتجات الكهربائية التي تم تصنيفها على 35 كيلو فولت وأقل. ينقسم هذا المنتج إلى ثلاث درجات: DLZ-V ، DLZ-A ، و DLZ-B ، بسمك 80 ميكرون ، 130 ميكرون ، و 170 ميكرون. وهي متوفرة في لفات.

ورقة الكابل عالية الجهد: يستخدم للمحولات التي تم تصنيفها بين 110 كيلو فولت و 330 كيلو فولت ، متوفرة أيضًا في لفات.

ورقة عزل متعرج المحولات: نوع من ورق الكابلات عالية الجهد ولكن مع أداء أفضل ، مناسب لمحولات ومحولات ومفاعلات 500 كيلو فولت.

ورقة الهاتف: مصنوع من لب الكبريتات غير المسبق ، يستخدم في المقام الأول في إنتاج كابلات الهاتف ، على الرغم من أن بعض الشركات المصنعة للمحولات يستخدمونها أيضًا في إنتاج المحولات. كما أنه يستخدم كورقة أساسية لعزل ورقة الكريب. يتم تصنيف ورق الهاتف إلى ثلاث درجات: A و B و C ، مع درجات A و B المستخدمة في كابلات الاتصالات. يأتي في مواصفتين: DH -50 و DH -75 ، في شكل لفة.

ورقة العزل الكريب: مصنوعة من ورقة العزل الكهربائية التي تمت معالجتها لخلق التجاعيد. يتم تمديد التجاعيد عند تمديد الورق. تتوفر ورقة Crepe في معدلات استطالة مختلفة وتستخدم عادةً لعزل لفائف المحولات التي تضعفها الزيت ، مثل الرصاص والقيادة واللفائف العازلة.

1.4.1.2 ورقة عزل نيترات

ورقة دينيسونيتم إنتاجه أيضًا باسم الورق النيتروجي ، عن طريق إضافة dicyclohexylamine ، والسيانيد الإيثيلين ، وغيرها من المواد الكيميائية إلى لب الورق. تتميز هذه الورقة التي تنتجها شركة Denison الأمريكية ، وتتميز بقوة ميكانيكية جيدة واستطالة مناسبة بعد التجعيد والتقويم. إنها مادة مثالية لعزل اللفات المحول ، مما يضمن التغليف الضيق دون تورم.

1.4.1.3 ورقة الألياف الاصطناعية

ورقة Nomex، التي تنتجها دوبونت في الولايات المتحدة ، عبارة عن ورقة ألياف اصطناعية مقاومة للحرارة. مكونها الرئيسي هو البولي أميد العطري ، والذي يوفر خصائص شيخوخة حرارية ممتازة. حتى في درجات الحرارة المرتفعة من 250 درجة ، فإنه يحافظ على مقاومة السطح عالية (10¹ Ω/cm²) ومقاومة الحجم (10¹ ω/cm³). الخصائص الكهربائية لورق عزل Nomex® رائع ويمكن تلخيصها على النحو التالي:

فقدان عازلة منخفضة من 0. 01 عبر نطاق تردد واسع في درجات حرارة تصل إلى 200 درجة.

ثابت عازل نسبي من 1. 5-2. 5 ، أقل من العديد من المواد العازلة شائعة الاستخدام.

جهد انهيار عازلة يبلغ 35 كيلو فولت/ملم بتردد الطاقة ، مع ارتفاع جهد بدء لتفريغ السطح.

الخصائص الميكانيكية الجيدة ، ومقاومة الرطوبة ، وتثبيت اللهب.

1.4.1.4 مواد العزل للدروع الأقطاب

ورقة الكابل شبه موصلوهو مصنوع من لب 100 ٪ من خشب الكبريتات غير المسبق. ويشمل ألياف الكربون أو غيرها من المواد التي تتحكم في مقاومة السطح بين 10 ⁴ Ω و 10 ⁶. تتوفر ورق الكابلات شبه الموصلات ، والمعروفة أيضًا باسم ورقة أشباه الموصلات ، في كل من أنواع أحادية اللون وبيكولور. يتم استخدامه في المقام الأول لدرع الخيوط عالية الجهد والأجهزة الكهربائية عالية الجهد لضمان توحيد المجال الكهربائي.

ورقة الكريب المعدنية: الورق الأساسي هو ورق كابل ملون ، مع رقائق الألومنيوم على جانب واحد. يتم الالتزام الورق الكبلي ورقائق الألومنيوم جنبا إلى جنب مع لاصق ثم تجعد. يتم استخدامه لعزل ودرع الألواح الإلكتروستاتيكية والشاشات الثابتة والحلقات النهائية والخيوط والمحطات الخارجية.

ورقة معدنية: الورق الأساسي هو {{0}}. ورقة عزل سميكة 2 مم ، مع رقائق الألومنيوم بسمك 0.02 مم. يتم استخدامه للدرع الأساسي والستاتي.

1.4.2 لوحة العزل

يتكون اللوحة الورقية مغلفة من لب خشب الكبريتات. يتم استخدامه في فجوات الزيت ، والفواصل ، وأنابيب الورق المقوى ، والورق المموج ، وعزل نير ، والعزل النهائي للفات المحولات. وهي متوفرة في الكثافة المنخفضة (لوح الورق المقوى T3) ، والأنواع المتوسطة الكثافة (T1 paperboard) ، وأنواع عالية الكثافة (T4 الصلبة). وفقًا لعملية تكوين المجلس ، يمكن إنتاجها إما على شكل الورق المقوى للضغط الساخن أو التقويم.

أنابيب عزل: هذه تأتي في لوح الورق المقوى الناعم والصلب ، الورق المقوى الراتنج الفينولي ، وأنابيب القماش الزجاجية الايبوكسي ، وأنابيب الألياف الزجاجية. أنها تشكل الهيكل العظمي وعزل اللفات.

لوحة المقابلة المموجيستخدم لاستبدال الفواصل وتكوين فجوات الزيت بين أنابيب الورق. يساعد بنية العزل هذه على حفظ مادة العزل مع ضمان أداء عزل جيد. إنه يأتي في نوعين: تموجات متقطعة كبيرة ومهجات صغيرة مستمرة.

تتكون المنتجات الكهربائية المصنوعة من الورق والقطعة القماشية والخشب كمواد أساسية ، وتشربها مع المواد اللاصقة المختلفة ، ثم الضغط على الحرارة أو الجرح في هياكل مغلفة. وتشمل هذه المنتجات الألواح المغلفة والخشب المغلف. يعتمد أداء المنتجات المصممة على طبيعة المادة الأساسية ، والمواد اللاصقة ، وعملية القولبة. حاليًا ، تستخدم الخشب الكهربائي العالي الجودة والورق الورقي المغطى على نطاق واسع في محولات كبيرة.

1.4.3 الأجزاء العازلة المقولبة

إن توحيد الحقول الكهربائية في الأجزاء العازلة المقولبة أمر بالغ الأهمية. ومع ذلك ، فإن مستوى الإنتاج والقدرة على الأجزاء العازلة المقولبة في الصين كانت محدودة ، خاصة بالنسبة للمواد العازلة الرئيسية المستخدمة في عزل خط محول المحول ، حيث لا تزال أجهزة خط العمل بأكملها تعتمد على الواردات.

2. اتجاه تنمية مواد عزل المحولات في الصين

مع التنمية السريعة للاقتصاد الصيني واستراتيجية التنمية الغربية ، خاصة بعد الأزمة الاقتصادية العام الماضي ، حفزت الاستثمار الحكومي على نطاق واسع في صناعة الطاقة نمو صناعة المحولات بشكل كبير. تصاعدت مستويات الجهد بسرعة من 500 كيلو فولت إلى 750 كيلو فولت و 1 ، 000 كيلو فولت ، و ± 500 كيلو فولت و ± 800 كيلو فولت المحول نجحت في الاختبار. يستمر الطلب على مواد العزل الرئيسية مثل اللوحة الورقية العازلة ذات الكثافة العالية ، والأجزاء العازلة المقولبة ، وأجهزة خطوط كاملة لمحولات المحول في النمو وتظل بعدم العرض.

تشير التقديرات إلى أنه في العام الماضي ، كانت صناعة المحولات في الصين تتطلب 30 ، 000 طن من اللوحة الورقية العازلة ذات الكثافة العالية للمحولات عالية الجهد. ومع ذلك ، فإن الإنتاج المحلي محدود ، حيث ينتج Taizhou Weideman فقط أكثر من 8 ، {7}} طن سنويًا ، مما يتطلب واردات كبيرة.

على وجه الخصوص ، لا تزال تقنية الإنتاج للورق الورقي العازف عالي الكثافة مسيطرًا من قبل الشركات الأجنبية ، مما يؤثر بشدة وتقييد إنتاج محولات الجهد العالي والمحول في الصين