اپوکسی عایق الکتریکی 102

فصل ۱۰۲ ـ رزین اپوکسی عایق برق در ترانسفورماتورها؛ عایقکاری سیمپیچ، مدیریت حرارت و کنترل تخلیه جزئی
جهت مشاوره رایگان تماس بگیرید 09221696509
مقدمه
رزین اپوکسی عایق برق در ترانسفورماتورها یکی از مواد مورد استفاده در برخی سیستمهای عایقی، بهویژه ترانسفورماتورهای خشک و ساختارهای رزینی است. این ماده میتواند در عایقکاری سیمپیچ، تثبیت مکانیکی، محافظت در برابر رطوبت و آلودگی و مدیریت انتقال حرارت نقش داشته باشد. با این حال، عملکرد نهایی ترانسفورماتور فقط به خواص رزین وابسته نیست. طراحی سیمپیچ، هندسه میدان الکتریکی، فاصلههای عایقی، سیستم خنککاری، کیفیت ساخت و روش پخت نیز اهمیت دارند. بنابراین انتخاب رزین باید با شرایط واقعی طراحی و بهرهبرداری هماهنگ باشد.
برای خرید محصول کلیک کنید
۱. چرا عایق در ترانسفورماتور اهمیت ویژهای دارد؟
ترانسفورماتور شامل سیمپیچهایی است که در پتانسیلهای الکتریکی متفاوت قرار دارند. بین سیمپیچها و همچنین میان سیمپیچ و هسته، عایق باید جداسازی الکتریکی مناسبی ایجاد کند. کوچکترین نقص در یک ناحیه حساس ممکن است باعث افزایش تنش الکتریکی یا ایجاد مسیر ناخواسته جریان شود.
—
۲. ترانسفورماتور خشک و نقش رزین
در برخی ترانسفورماتورهای خشک، سیمپیچها با مواد جامد عایقی و رزین پوشانده یا کپسوله میشوند. این ساختار با ترانسفورماتورهای روغنی تفاوت دارد. رزین در ترانسفورماتور خشک میتواند علاوه بر عایقکاری، به تثبیت مکانیکی سیمپیچ و محافظت آن در برابر عوامل محیطی کمک کند. رزین اپوکسی عایق برق در ترانسفورماتورها میتواند علاوه بر ایجاد جداسازی الکتریکی، به تثبیت سیمپیچ و محافظت از آن در برابر عوامل محیطی کمک کند.
—
۳. رزین ریختهگریشده چیست؟
در برخی ساختارها، رزین در اطراف سیمپیچ ریخته میشود و پس از پخت، یک بدنه جامد عایقی شکل میدهد. این روش میتواند فضای اطراف سیمپیچ را از نظر مکانیکی تثبیت کند. اما ریختهگری حجم زیادی از رزین نیازمند کنترل دقیق فرآیند است.
—
۴. چرا حجم رزین اهمیت دارد؟
وقتی مقدار زیادی رزین در یک مرحله پخت میشود، گرمای واکنش میتواند قابل توجه باشد. اگر دفع گرما مناسب نباشد، دمای داخلی توده رزین ممکن است افزایش پیدا کند. این وضعیت میتواند بر پخت، تنش داخلی و کیفیت ساختار اثر بگذارد.
—
۵. گرمای تولیدشده در سیمپیچ
خود سیمپیچ نیز هنگام کار گرما تولید میکند. بنابراین سیستم عایقی باید با طراحی حرارتی ترانسفورماتور هماهنگ باشد. رزین نباید بدون بررسی حرارتی به عنوان یک ماده کاملاً بیاثر در انتقال گرما در نظر گرفته شود.
—
۶. نقطه داغ در ترانسفورماتور
دمای متوسط سیمپیچ همیشه نشاندهنده بیشترین دمای آن نیست. ممکن است قسمتهایی از سیمپیچ به دلیل هندسه، تراکم، مسیر انتقال حرارت یا شرایط بار، دمای بیشتری داشته باشند. این نواحی از نظر پیرشدگی عایق اهمیت بیشتری دارند. در انتخاب رزین اپوکسی عایق برق در ترانسفورماتورها باید شرایط دمایی سیمپیچ و احتمال ایجاد نقاط داغ نیز بررسی شود.
—
۷. ضریب هدایت حرارتی رزین
رسانندگی حرارتی رزین یکی از پارامترهایی است که در طراحی حرارتی اهمیت پیدا میکند. اگر مقدار واقعی این ویژگی برای یک رزین مشخص معلوم نباشد، نمیتوان بر اساس حدس درباره توان انتقال حرارت آن قضاوت کرد. برای طراحی دقیق باید داده معتبر آزمایشگاهی یا مستندات فنی محصول در اختیار باشد.
—
۸. افزایش دما و عمر عایق
دما یکی از عوامل مهم در پیرشدگی بسیاری از سیستمهای عایقی است. افزایش دما میتواند سرعت برخی فرآیندهای تخریب را بیشتر کند. به همین دلیل، کنترل دمای سیمپیچ فقط برای جلوگیری از آسیب به هادی نیست؛ بلکه برای حفظ سیستم عایقی نیز اهمیت دارد.
—
۹. سیکل حرارتی
ترانسفورماتور ممکن است در ساعات مختلف تحت بارهای متفاوت قرار گیرد. افزایش و کاهش بار موجب تغییر دمای سیمپیچ میشود. در نتیجه، رزین، هادی، عایقهای دیگر و هسته ممکن است بارها منبسط و منقبض شوند.
—
۱۰. اختلاف انبساط حرارتی
رزین و فلزات معمولاً ضریب انبساط یکسانی ندارند. وقتی دما تغییر میکند، این اختلاف میتواند در فصل مشترکها تنش ایجاد کند. تکرار سیکلهای حرارتی ممکن است در طول زمان باعث ایجاد ریزترک یا جداشدگی شود.
—
۱۱. تنش مکانیکی سیمپیچ
سیمپیچ فقط تحت نیروی حرارتی قرار ندارد. نیروهای الکترومغناطیسی نیز میتوانند هنگام عبور جریانهای زیاد، بهخصوص در شرایط خطا، بر ساختار سیمپیچ اثر بگذارند. بنابراین رزین و سیستم نگهدارنده باید در طراحی مکانیکی کل مجموعه در نظر گرفته شوند.
۱۲. نقش رزین در تثبیت سیمپیچ
در برخی ساختارهای رزینی، سخت شدن رزین باعث کاهش حرکت نسبی بخشهای مختلف سیمپیچ میشود. این موضوع میتواند از نظر مکانیکی مفید باشد. اما اگر رزین بیش از حد سخت یا فرآیند پخت نامناسب باشد، تنشهای داخلی نیز ممکن است افزایش پیدا کنند.
—
۱۳. تنش الکترومغناطیسی در شرایط خطا
در شرایط اتصال کوتاه، جریان میتواند به شدت افزایش پیدا کند. نیروهای الکترومغناطیسی ناشی از این جریانها نیز ممکن است افزایش یابند. به همین دلیل، مقاومت مکانیکی سیستم عایقی باید در کنار استقامت الکتریکی بررسی شود.
—
۱۴. میدان الکتریکی بین سیمپیچها
اختلاف پتانسیل میان سیمپیچهای مختلف باعث ایجاد میدان الکتریکی در ساختار عایقی میشود. هندسه سیمپیچ و فاصلهها بر توزیع این میدان اثر دارند. یک رزین با استقامت دیالکتریک مناسب باید در هندسه واقعی و شرایط واقعی سیستم نیز عملکرد قابل قبول داشته باشد.
—
۱۵. تمرکز میدان
لبهها، گوشهها، تغییرات ناگهانی ضخامت و نواحی نزدیک به اتصالات میتوانند میدان را متمرکز کنند. در طراحی ترانسفورماتورهای حساس، این نقاط باید به صورت ویژه بررسی شوند. افزایش ضخامت رزین بدون اصلاح هندسه همیشه بهترین راهحل نیست.
—
۱۶. حباب در رزین
وجود حباب در یک ساختار رزینی میتواند از نظر الکتریکی اهمیت داشته باشد. حباب دارای گاز است و خواص الکتریکی آن با رزین جامد تفاوت دارد. در محلهایی که میدان الکتریکی زیاد است، چنین نقصی میتواند به یک نقطه حساس تبدیل شود.
—
۱۷. تخلیه جزئی در حفرهها
اگر شرایط لازم فراهم باشد، در فضای خالی داخل رزین امکان تخلیه جزئی وجود دارد. تخلیه جزئی ممکن است به صورت موضعی رخ دهد و در ابتدا هیچ نشانه ظاهری ایجاد نکند. اما تداوم آن میتواند به تدریج ساختار عایق را فرسوده کند. کیفیت اجرای رزین اپوکسی عایق برق در ترانسفورماتورها و کنترل حفرههای داخلی، در ارزیابی خطر تخلیه جزئی اهمیت دارد.
—
۱۸. چرا کنترل تخلیه جزئی مهم است؟
در تجهیزات قدرت، صرفاً تحمل یک آزمون ولتاژ کوتاهمدت برای اثبات دوام بلندمدت کافی نیست. ممکن است نمونه در آزمون اولیه دچار شکست نشود، اما نقص داخلی در طول بهرهبرداری به تدریج رشد کند. به همین دلیل، در کاربردهای مرتبط، آزمون و کنترل تخلیه جزئی اهمیت ویژهای دارد.
—
۱۹. رطوبت
رطوبت میتواند روی سطح یا در فصل مشترکها قرار گیرد. در صورت وجود آلودگی، رطوبت ممکن است جریان نشتی سطحی را افزایش دهد. همچنین نفوذ رطوبت به ترکها و فصل مشترکها میتواند شرایط عایقی را تغییر دهد.
—
۲۰. مزیت احتمالی ساختار رزینی در برابر محیط
یکی از دلایل استفاده از ساختارهای رزینی در برخی ترانسفورماتورها، امکان ایجاد محافظت جامد اطراف سیمپیچ است. با این حال، مقاومت واقعی در برابر رطوبت و آلودگی باید برای ساختار نهایی آزمون شود. صرفاً «اپوکسی بودن» تضمینکننده عملکرد یکسان در همه محیطها نیست.
—
۲۱. آلودگی سطحی
در محیط صنعتی، گردوغبار و آلایندهها میتوانند روی سطوح خارجی جمع شوند.
اگر سطح مرطوب شود، احتمال جریان نشتی افزایش پیدا میکند.
بنابراین شکل سطح خارجی، مسیر خزشی و برنامه نگهداری باید در طراحی لحاظ شوند.
—
۲۲. ترک سطحی
ترک سطحی ممکن است در اثر تنش حرارتی، ضربه، جمعشدگی یا عوامل دیگر ایجاد شود.
وجود ترک به خودی خود نشاندهنده میزان دقیق خطر نیست، اما باید علت و عمق آن بررسی شود.
در برخی شرایط، ترک میتواند مسیر نفوذ رطوبت ایجاد کند.
—
۲۳. ترک داخلی
ترک داخلی از نظر بازرسی دشوارتر است.
ممکن است سطح کاملاً سالم به نظر برسد، اما داخل ساختار دارای حفره یا جداشدگی باشد.
برای تشخیص چنین عیوبی در تجهیزات حساس، روشهای آزمون تخصصی میتوانند ضروری باشند.
—
۲۴. چسبندگی رزین
چسبندگی میان رزین و مواد مجاور، بهویژه در ساختارهای چندمادهای، اهمیت دارد.
اگر اتصال مناسب نباشد، در اثر سیکل حرارتی ممکن است فصل مشترک باز شود.
این مسئله میتواند هم از نظر مکانیکی و هم از نظر الکتریکی مشکلساز شود.
—
۲۵. سازگاری با عایقهای دیگر
سیمپیچ ممکن است دارای چند نوع ماده عایقی باشد.
رزین باید با این مواد از نظر شیمیایی و حرارتی سازگار باشد.
حتی اگر دو ماده در حالت اولیه به خوبی در کنار هم قرار گیرند، ممکن است در اثر دما و رطوبت رفتار متفاوتی نشان دهند. سازگاری رزین اپوکسی عایق برق در ترانسفورماتورها با سایر مواد عایقی باید از نظر شیمیایی، حرارتی و مکانیکی بررسی شود.
برای خرید محصول کلیک کنید
۲۶. سازگاری با مس و آلومینیوم
اگر هادی مسی باشد، شرایط سطح و رفتار حرارتی آن باید بررسی شود.
اگر هادی آلومینیومی باشد نیز نمیتوان همان نتیجه را بدون آزمون به آن تعمیم داد.
تفاوت در اکسید سطحی و ضریب انبساط حرارتی میتواند بر فصل مشترک اثر بگذارد.
—
۲۷. پخت رزین
کیفیت پخت در یک ترانسفورماتور رزینی اهمیت بسیار زیادی دارد.
نسبت رزین و هاردنر، دما و زمان پخت باید مطابق دستورالعمل فرمولاسیون باشد.
تغییر خودسرانه این پارامترها میتواند خواص نهایی را تغییر دهد.
—
۲۸. پخت حجمی
پخت یک توده بزرگ رزین با پخت یک پوشش نازک یکسان نیست.
در حجم زیاد، گرمای واکنش و سرعت دفع حرارت اهمیت بیشتری پیدا میکنند.
بنابراین فرآیند باید برای هندسه واقعی قطعه طراحی و کنترل شود.
—
۲۹. جمعشدگی
رزین هنگام تبدیل شدن به شبکه پلیمری ممکن است دچار تغییر حجم شود.
اگر این تغییر در کنار محدودیتهای مکانیکی و اختلاف انبساط حرارتی قرار گیرد، تنش داخلی ایجاد میشود.
در ترانسفورماتورهای رزینی، این موضوع میتواند برای فصل مشترکهای مختلف اهمیت داشته باشد.
—
۳۰. ضخامت یکنواخت
ضخامت عایق در اطراف سیمپیچ باید تا حد امکان با طراحی سازگار باشد.
نواحی بسیار نازک میتوانند از نظر الکتریکی حساس شوند.
از سوی دیگر، افزایش بیدلیل ضخامت ممکن است مدیریت حرارت و فرآیند پخت را دشوار کند.
—
۳۱. فاصله عایقی
فاصله میان قسمتهای دارای اختلاف پتانسیل باید متناسب با طراحی سیستم باشد.
رزین نمیتواند کمبود فاصلههای عایقی یا طراحی نامناسب هندسه را به صورت نامحدود جبران کند.
فاصله هوایی و خزشی باید در کنار خواص ماده بررسی شوند.
—
۳۲. اهمیت مسیر خزشی
اگر سطح خارجی در معرض رطوبت و آلودگی باشد، مسیر خزشی اهمیت بیشتری پیدا میکند.
افزایش مسیر خزشی یا استفاده از هندسه مناسب میتواند در طراحی برخی تجهیزات مفید باشد.
اما مقدار مورد نیاز به ولتاژ، محیط و الزامات طراحی وابسته است.
—
۳۳. ترانسفورماتور و اضافهولتاژ
ترانسفورماتور ممکن است در شبکه با اضافهولتاژهای گذرا مواجه شود.
این اضافهولتاژها میتوانند تنش الکتریکی سیستم عایقی را افزایش دهند.
به همین دلیل، طراحی عایقی باید با هماهنگی عایقی کل سیستم برق انجام شود.
—
۳۴. آزمون ولتاژ تحمل
آزمون ولتاژ تحمل نشان میدهد نمونه یا تجهیز در شرایط مشخص آزمون، بدون شکست قابل قبول، چه سطحی از تنش را تحمل میکند.
این آزمون با ولتاژ کاری و همچنین ولتاژ شکست تفاوت دارد.
تفسیر نتیجه باید بر اساس روش آزمون و استاندارد مربوطه انجام شود.
—
۳۵. آزمون ولتاژ شکست
ولتاژ شکست نقطهای است که نمونه تحت شرایط آزمون دچار شکست الکتریکی میشود.
این عدد میتواند برای شناخت ماده مفید باشد، اما مستقیماً ظرفیت بهرهبرداری یک ترانسفورماتور را تعیین نمیکند.
—
۳۶. آزمون تخلیه جزئی
آزمون تخلیه جزئی میتواند برای شناسایی برخی عیوب داخلی و بینسطحی مفید باشد.
در ساختارهای رزینی، کیفیت ریختهگری و نبود حفره اهمیت زیادی دارد.
—
۳۷. آزمونهای حرارتی
نمونه یا ساختار عایقی را میتوان در شرایط حرارتی مشخص ارزیابی کرد.
پس از سیکلهای حرارتی، تغییرات ظاهری، چسبندگی و خواص الکتریکی قابل بررسی هستند.
هدف چنین آزمونی، شناخت رفتار عایق در برابر شرایط نزدیکتر به بهرهبرداری است.
—
۳۸. آزمون رطوبتی
در صورت استفاده در محیطهای مرطوب، ارزیابی رفتار سیستم پس از قرارگیری در شرایط رطوبتی میتواند مفید باشد.
این آزمون باید با شرایط واقعی و هدف پروژه متناسب باشد.
—
۳۹. آزمون ترکیبی
در کاربردهای مهم، گاهی لازم است اثر چند تنش به صورت همزمان بررسی شود.
برای مثال:
تنش الکتریکی + دمای بالا + سیکل حرارتی + رطوبت
چنین آزمونهایی میتوانند نقاط ضعف سیستم را بهتر آشکار کنند.
—
۴۰. نقش کیفیت تولید
حتی اگر رزین از نظر آزمایشگاهی خواص مناسبی داشته باشد، تولید نادرست میتواند عملکرد نهایی را کاهش دهد.
نسبت اختلاط، کیفیت مواد اولیه، حبابزدایی، دمای قالب، زمان پخت و کیفیت سطح همگی باید کنترل شوند. عملکرد رزین اپوکسی عایق برق در ترانسفورماتورها به کیفیت مواد اولیه، اختلاط، حبابزدایی و کنترل شرایط پخت وابسته است.
—
۴۱. اهمیت قالب
در ساخت قطعات رزینی، قالب فقط شکلدهنده نیست.
هندسه قالب بر جریان رزین، خروج هوا، ضخامت و انتقال حرارت نیز اثر میگذارد.
طراحی نامناسب قالب میتواند موجب حبس هوا یا ایجاد مناطق با ضخامت متفاوت شود.
—
۴۲. نقاط ورودی رزین
در فرآیندهای ریختهگری، محل ورود رزین و مسیر جریان باید به گونهای انتخاب شود که احتمال حبس هوا کاهش یابد.
هندسه پیچیده میتواند پر شدن کامل را دشوار کند.
به همین دلیل فرآیند تولید باید با ساختار واقعی قطعه هماهنگ باشد.
—
۴۳. خلأ
در برخی فرآیندهای تولید رزین، خلأ میتواند برای کاهش حباب یا کمک به آغشتهسازی استفاده شود.
اما خلأ یک راهحل عمومی و بدون محدودیت نیست.
رزین ممکن است تحت خلأ کف کند یا گازهای محلول آزاد شوند؛ بنابراین فرآیند باید کنترلشده باشد.
—
۴۴. کنترل کیفیت پیش از تولید انبوه
پیش از استفاده گسترده از یک فرمولاسیون رزینی، بهتر است نمونه اولیه تولید و آزمایش شود.
این نمونه باید تا حد امکان شرایط واقعی تولید را بازتاب دهد.
نتایج نمونه اولیه میتواند برای اصلاح فرآیند و تعیین معیارهای پذیرش استفاده شود.
—
۴۵. نمونه شاهد
نمونه شاهد میتواند به عنوان مرجع کیفیت مورد استفاده قرار گیرد.
برای مثال میتوان بخشی از رزین یا نمونهای با همان نسبت اختلاط و شرایط پخت را نگهداری کرد.
در صورت بروز مشکل در تجهیز، مقایسه نمونه شاهد با نمونه آسیبدیده میتواند به ریشهیابی کمک کند.
—
۴۶. کنترل شماره بچ
رزین مورد استفاده در تولید صنعتی باید قابل ردیابی باشد.
ثبت شماره بچ، تاریخ تولید، شرایط نگهداری و تاریخ اجرا میتواند در کنترل کیفیت بسیار مفید باشد.
این موضوع به ویژه زمانی اهمیت دارد که یک پروژه شامل تعداد زیادی ترانسفورماتور باشد.
—
۴۷. تعمیر عایق رزینی ترانسفورماتور
تعمیر یک قطعه رزینی آسیبدیده باید پس از تشخیص علت خرابی انجام شود.
اگر ترک به علت افزایش دمای مداوم یا تنش مکانیکی ایجاد شده باشد، صرفاً پوشاندن آن با رزین مشکل را حل نمیکند.
در تجهیزات قدرت، تصمیم تعمیر یا تعویض باید با توجه به اهمیت تجهیز و امکان آزمون پس از تعمیر انجام شود.
—
۴۸. رزین اپوکسی پادنار 8119
بر اساس اطلاعات فنی ارائهشده، رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119 در آزمون نمونه ۱ میلیمتری، دارای ولتاژ شکست اعلامشده ۲۱٬۰۰۰ ولت در شرایط خشک و ۱۴٬۰۰۰ ولت در شرایط مرطوب بوده است.
ولتاژ تحمل یکدقیقهای نیز برای همین نمونه، در حالت خشک ۳٬۵۰۰ ولت و در حالت مرطوب ۲٬۵۰۰ ولت اعلام شده است.
این نتایج، نتایج آزمون یک نمونه در شرایط مشخص هستند و نباید به عنوان مشخصات قطعی یک ترانسفورماتور کامل تفسیر شوند.
برای کاربرد 8119 در ساختار ترانسفورماتوری باید مواردی مانند ضخامت واقعی، روش ریختهگری، شرایط پخت، انتقال حرارت، سازگاری با عایقهای موجود، هندسه میدان و الزامات آزمون تجهیز بررسی شوند.
—
۴۹. چرا آزمایش رزین به تنهایی کافی نیست؟
فرض کنیم یک رزین در آزمایشگاه استقامت دیالکتریک بالایی نشان دهد.
اگر در تولید واقعی حباب ایجاد شود، هندسه نامناسب باشد، سیمپیچ بیش از حد گرم شود یا فصل مشترک رزین و عایق دچار جداشدگی شود، عملکرد سیستم ممکن است کاملاً متفاوت باشد.
بنابراین ارزیابی باید در دو سطح انجام شود:
ارزیابی ماده
و
ارزیابی سیستم عایقی نهایی
—
۵۰. جمعبندی
رزین اپوکسی در برخی ترانسفورماتورها، بهویژه ساختارهای خشک و رزینی، میتواند یکی از اجزای مهم سیستم عایقی باشد. این ماده ممکن است همزمان در جداسازی الکتریکی، تثبیت مکانیکی، محافظت در برابر محیط و ساختاردهی سیمپیچ نقش داشته باشد.
اما عملکرد واقعی ترانسفورماتور به یک عامل وابسته نیست. میدان الکتریکی، دمای سیمپیچ، انتقال حرارت، سیکلهای حرارتی، نیروهای مکانیکی، رطوبت، حباب، تخلیه جزئی، چسبندگی و کیفیت فرآیند تولید باید در کنار یکدیگر بررسی شوند.
در مورد رزین اپوکسی عایق برق پادنار 8119، بر اساس اطلاعات ارائهشده، ولتاژ شکست نمونه ۱ میلیمتری در شرایط خشک ۲۱ کیلوولت و در شرایط مرطوب ۱۴ کیلوولت بوده و ولتاژ تحمل یکدقیقهای نیز به ترتیب ۳.۵ و ۲.۵ کیلوولت اعلام شده است. این دادهها میتوانند بخشی از ارزیابی الکتریکی ماده باشند، اما برای تعیین ولتاژ کاری، کلاس حرارتی، عمر سرویس یا قابلیت استفاده در یک ترانسفورماتور مشخص کافی نیستند.
در نهایت، در ترانسفورماتور رزینی، کیفیت عایق حاصل جمع ساده خواص رزین نیست؛ بلکه نتیجه هماهنگی ماده، هندسه، سیمپیچ، انتقال حرارت، فرآیند پخت و کنترل عیوب داخلی است. انتخاب رزین اپوکسی عایق برق در ترانسفورماتورها باید با توجه به طراحی سیمپیچ، انتقال حرارت، تنش الکتریکی و شرایط بهرهبرداری انجام شود.
۰ دیدگاه