Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для преобразования высокого напряжения в низкое в цепях измерения и контроля. Применение трансформаторов напряжения позволяет изолировать цепи вольтметров, частотомеров, электрических счётчиков, устройств автоматического управления и контроля и т.д. от цепи высокого напряжения и создаёт возможность стандартизации номинального напряжения контрольно-измерительной аппаратуры. Трансформаторы напряжения подразделяются на трансформаторы переменного напряжения и трансформаторы постоянного напряжения. Первичная обмотка трансформатора переменного напряжения состоит из большого числа витков и подключается к цепи с измеряемым напряжением параллельно. К зажимам вторичной обмотки с числом витков во много раз меньшим подсоединяют измерительные приборы или контрольные устройства. Так как внутреннее сопротивление последних относительно велико, трансформатор работает в условиях, близких к режиму холостого хода, что позволяет (пренебрегая потерями напряжения в обмотках) считать напряжения на первичной и вторичной обмотках пропорциональными количеству витков в обмотках. Зная коэффициент трансформации можно по результатам измерения низкого напряжения во вторичной обмотке определять высокое первичное напряжение.
Измерительные сухие трансформаторы с литой изоляцией представляют собой хорошую альтернативу традиционным масляным измерительным трансформаторам.
Преимущества этих трансформаторов хорошо известны. Благодаря отсутствию в них трансформаторного масла устранена угроза загрязнения окружающей среды от его утечки, в случае пожара не выделяются токсичные и едкие газы. Отсутствие необходимости в периодической проверке и замене диэлектрической жидкости значительно сокращает эксплуатационные расходы. Обмотки сухих трансформаторов с литой изоляцией не горючи и не могут стать источниками пожара, а в случае пожара от внешнего источника, смола не поддерживает горение и обеспечивает противопожарный эффект. Их легче транспортировать и монтировать. В местах установки не требуется осуществление дополнительных мер противопожарной безопасности.
Изготавливаемая в вакууме литая изоляция обмоток сухих трансформаторов обеспечивает идеальную межвитковую изоляцию, а также защищает трансформатор от воздействия сырости и влаги. Подбор соответствующих материалов для изготовления литой изоляции может обеспечить устойчивость трансформатора к различным природно-климатическим условиям. Все эти преимущества сухих трансформаторов с литой изоляцией наиболее востребованы там, где к оборудованию предъявляются жесткие требования в отношении пожаробезопасности и надежности. Например, при энергообеспечении больниц, гостиниц, общественных учреждений и заведений, аэропортов, вокзалов, метрополитенов, стадионов, театров, угледобывающих шахт, нефтедобывающих платформ, атомных электростанций, в судостроении и т.д.
Объёмы производства сухих трансформаторов c литой изоляцией в странах СНГ пока не в состоянии обеспечить растущий спрос на эту продукцию.
Особенности технологического процесса изготовления сухих трансформаторов с литой изоляцией
Литая изоляция сухих трансформаторов изготавливается методом вакуумной заливки находящегося в жидком состоянии компаунда. Дизайн трансформатора определяется его конструктивными особенностями и формируется при помощи заливочной формы.
В зависимости от желаемых электротехнических и механических свойств будущего изделия, а также особенностей конструкции трансформатора, на заводе «Русский трансформатор» подбирается оптимальная рецептура смоляной системы. Базовыми компонентами смоляной смеси являются полимерная смола (обычно эпоксидная или полиуретановая) и отвердитель, которые при смешивании друг с другом в жидком состоянии, в результате химической реакции, образуют твёрдый полимер. Это свойство, в сочетании с вакуумной подготовкой как самого заливочного материала, так и производимых изделий, позволяет компаунду, в период фазы его жидкого состояния, полностью заполнить собой свободный объём заливочной формы, а также глубоко проникнуть в межвитковое пространство обмоток.
Благодаря добавлению различных присадок, можно формулировать желаемые свойства компаунда как в его жидком, так и в твёрдом состоянии. В качестве присадок обычно используются:
• пластификатор, снижающий хрупкость и предотвращающий образование трещин в полимере под воздействием механических и температурных нагрузок;
• ускоритель, регулирующий скорость течения процесса полимеризации;
• один или несколько наполнителей, способствующих повышению теплопроводности изоляции, придающих изделию механическую прочность, а также другие специальные свойства;
• краситель, определяющий цвет и делающего будущее изделие узнаваемым.
Точно также, как аптекарь создаёт свои лекарства из различных настоев, производители смол, совместно с технологами трансформаторного производства, составляют рецепт будущего компаунда. Здесь всего должно быть вмеру, так как избыток или недостаток одного из компонентов может нарушить их гармоничное сочетание, повлиять на качество или изменить свойства материала. Для обеспечения максимального проникновения жидкого компаунда в изготавливаемое изделие и защиты обмоток от воздействия воздуха и влаги, технология изготовления полимерной изоляции сухих трансформаторов должна обеспечить точное дозирование исходных компонентов, их соединение в однородную массу, удаление вредных примесей, а также управление реакцией полимеризации.
Особую ответственность процессу заливки придаёт то обстоятельство, что он происходит в конце длинной производственной цепочки и в случае неудачи может привести к безвозвратной потере вложенного труда и материалов.
Задачу по созданию благоприятных условий для точного дозирования, подготовки и заливки компаунда, снижению влияния многочисленных внешних факторов, уменьшению доли человеческого фактора в сложном технологическом процессе изготовления литой изоляции, призваны решать заливочные машины, разработкой и изготовлением которых уже более трёх десятилетий занимается немецкая фирма HUBERS.
Наиболее распространенные методы подготовки и заливки реактивных компаундов, их достоинства и недостатки
A) Приготовление реактивного компаунда в порционном динамическом смесителе:
Порционный динамический смеситель представляет собой вакуумную ёмкость с миксером. Как правило, объём порционного динамического смесителя соответствует суммарному объёму ёмкостей для предварительной подготовки базовых компонентов. Предварительно подготовленные базовые компоненты, в весовой пропорции друг к другу, подаются на смешивание. После определённого времени динамического смешивания, реактивный компаунд подаётся на заливку в формы. Заливка может осуществляется под воздействием силы гравитации или разницы давления в смесителе и заливочной камере. После окончания заливки, ёмкость порционного динамического смесителя подлежит промывке растворителем или компонентом смолы.
Рисунок 1. Схема установки с приготовлением и заливкой компаунда посредством порционного динамического смесителя
Достоинством процесса заливки с использованием порционного динамического смесителя для приготовления реактивного компаунда является сравнительно низкая стоимость оборудования. Основным недостатком этого процесса является то, что с момента соединения базовых компонентов в порционном динамическом смесителе образуется реактивный компаунд, в котором непрерывно идёт реакция полимеризации и перманентно увеличивается вязкость заливочного материала.
Рисунок 2. График тенденции изменения вязкости поступающего на заливку компаунда при его приготовлении в порционном динамическом смесителе
В связи с тем, что в порционном динамическом смесителе приготавливается большое количество реактивного компаунда, пригодного для заливки только в течение ограниченного времени после его приготовления (так называемого «времени жизнеспособности»), заливка в формы должна производиться очень быстро, что может неблагоприятно сказаться на распространении смеси внутри форм и, особенно, на проникновении компаунда в межвитковые пространства обмоток. Перманентно меняющаяся вязкость не позволяет осуществлять объективный контроль процесса заливки. Эти функции полностью возложены на оператора, в результате чего качество заливки в значительной степени зависит от его квалификации, физического и психологического состояния в конкретный момент времени. Особенно проблематичной может быть заливка заключительной дозы компаунда, так как её вязкость может существенно отличаться от вязкости материала в начальной стадии процесса, а при определённых обстоятельствах, может находиться в критической зоне. В случае, если по каким либо причинам процесс заливки продлится дольше запланированного времени, реактивный компаунд может стать непригодным для применения и должен быть утилизирован. Тоже самое происходит с излишками компаунда остающимися в динамическом смесителе после окончания заливки.
В) Приготовление реактивного компаунда в проточном статическом смесителе Статический смеситель представляет собой цилиндрическую конструкцию, состоящую из плотно сопрягаемых друг с другом отдельных сегментов со специально конфигурированными сверлениями.
Рисунок 3. Общий вид сегмента статического смесителя
Рисунок 4. Схема функционирования проточного статического смесителя
Посредством дозировочных насосов, предварительно подготовленные базовые компоненты, в установленной пропорции, подаются на смешивание в проточном статическом смесителе. При прохождении через каналы составляющих смеситель сегментов, происходит перманентное рассечение потоков базовых компонентов таким образом, что на выходе из смесителя образуется практически однородная масса реактивного компаунда. Процесс приготовления компаунда в проточном статическом смесителе происходит параллельно с процессом заливки. Таким образом свежеприготовленный компаунд сразу же поступает непосредственно в формы заливаемых изделий. Система управления дозировочными насосами позволяет отбирать из ёмкостей для предварительной подготовки базовых компонентов только такое их количество, какое требуется для заливки в формы.
Рисунок 5. Схема установки с приготовлением и заливкой компаунда посредством статического смесителя
Заливка реактивного компаунда в формы происходит принудительно, под воздействием давления создаваемого дозировочными насосами. При этом поступающий на заливку материал имеет стабильную и минимально возможную вязкость.
Рисунок 6.График тенденции изменения вязкости поступающего на заливку компаунда при его приготовлении в проточном статическом смесителе
Статический смеситель не имеет мёртвых зон и может быть легко очищен от реактивной массы посредством перекрытия вентиля подачи компонента отвердителя на его входе и прокачки компонентом смолы. Стабильные параметры процесса позволяют осуществлять его контроль посредством электронных приборов, сократив до минимума влияние человеческого фактора. Применение проточного статического смесителя при приготовлении реактивного компаунда позволяет избежать отходов компаунда, обеспечить стабильно высокий уровень качества заливки, независимо от продолжительности её проведения.