Внутри каждого маслонаполненного трансформатора постоянно ведется тихая борьба с электрическим пробоем. Обмотки трансформатора находятся под высоким напряжением, а масло циркулирует, охлаждая и изолируя их. Но одной нефти недостаточно. Между витками обмоток, между обмотками и сердечником, а также между обмотками и баком находятся слои скромного материала, выполняющего одну из самых важных функций во всей системе: электроизоляционную крафт-бумагу. Без этой бумаги трансформатор выйдет из строя за считанные минуты. Бумага обеспечивает диэлектрический барьер, который предотвращает электрический пробой, и при этом выдерживает температуры, которые разлагают обычную бумагу за несколько часов. Это невоспетый герой книги «Электроизоляционные материалы для масляных трансформаторов».
Так как же электроизоляционная крафт-бумага удовлетворяет общие потребности в изоляции масляных трансформаторов? Ответ кроется в сочетании свойств, уникальных для этого материала. Он обладает высокой диэлектрической прочностью, что означает, что он может выдерживать высокие напряжения без разрушения. Он обладает превосходной термической стабильностью, сохраняя свои свойства при температуре до 105°C и выше. Он имеет низкое содержание влаги и устойчив к поглощению влаги, что очень важно, поскольку влага ухудшает изоляционные характеристики. Совместимо с трансформаторным маслом, образуя синергетическую систему изоляции. И он достаточно механически прочен, чтобы выдерживать нагрузки при намотке и сборке. В этой статье каждое из этих свойств будет рассмотрено в технических подробностях и объяснено, как электроизоляционная крафт-бумага отвечает строгим требованиям масляных трансформаторов. Мы также предоставим спецификации и данные о производительности нашего завода Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd., который поставляетЭлектроизоляционные материалы для масляных трансформаторовпроизводителям уже более десяти лет.
Электроизоляционная крафт-бумага — это специализированный тип бумаги, производимый из небеленой целлюлозы хвойных пород с использованием процесса крафт-целлюлозы. Термин «крафт» происходит от немецкого слова «прочность» и точно описывает наиболее важную характеристику бумаги. В отличие от обычной бумаги, которая изготавливается из коротких волокон и химических добавок, электроизоляционная крафт-бумага изготавливается из длинных неповрежденных целлюлозных волокон, образующих плотную переплетенную сеть. Эта сеть обеспечивает механическую прочность и диэлектрическую целостность, необходимые для изоляции трансформатора. Бумага производится различной толщины от 50 до 250 микрометров и плотности от 60 до 200 г/м².
Причина, по которой электроизоляционная крафт-бумага стала стандартом для масляных трансформаторов, заключается не в одном свойстве, а в сочетании свойств, которым не может соответствовать ни один другой материал при сопоставимой стоимости. Бумага является отличным диэлектриком, ее пробойная прочность в сухом состоянии составляет 8-12 кВ/мм. Он термически стабилен, выдерживает постоянную рабочую температуру 105°C и кратковременно до 120°C. Он механически прочный, с пределом прочности на разрыв 80-120 МПа в машинном направлении. Он химически совместим с трансформаторным маслом, образуя синергетическую изоляционную систему, которая превосходит сумму ее частей. Он легко доступен, экономически эффективен и прост в обработке при производстве трансформаторов. Наша фабрика вСучжоу Ханьяо Новые материалы Co., Ltd.уже более десяти лет производит электроизоляционные материалы для масляных трансформаторов, и мы видели, как эти свойства были подтверждены на тысячах установок по всему миру.
В таблице ниже приведены основные свойства электроизоляционной крафт-бумаги и их сравнение с другими распространенными изоляционными материалами трансформаторов.
| Свойство | Крафт-бумага | Номекс (Арамид) | Полиэфирная пленка |
| Диэлектрическая прочность (кВ/мм) | 8 - 12 | 20–30 | 100 - 200 |
| Непрерывная рабочая температура (°C) | 105 | 220 | 130 |
| Предел прочности (МПа) | 80 - 120 | 50 - 80 | 150 - 250 |
| Совместимость с маслом | Отличный | Хороший | Справедливый |
| Расходы | Низкий | Высокий | Середина |
| Типичное применение | Распределительные и силовые трансформаторы | Высокотемпературные трансформаторы | Конденсаторы, специальные применения |
Доминирование электроизоляционной крафт-бумаги не случайно. Это результат десятилетий исследований и разработок производителей бумаги и конструкторов трансформаторов. Бумага была оптимизирована для конкретных требований масляных трансформаторов и продолжает оставаться предпочтительным материалом для подавляющего большинства распределительных и силовых трансформаторов, выпускаемых сегодня. На нашем заводе мы гордимся тем, что вносим свой вклад в это наследие, производя высококачественные электроизоляционные материалы для масляных трансформаторов, отвечающие самым строгим требованиям.
Основная функция электроизоляционной крафт-бумаги в масляном трансформаторе — создание диэлектрического барьера между проводящими компонентами. Бумагой оборачивают медные или алюминиевые проводники, образующие обмотки трансформатора. Его также используют для отделения обмоток от сердечника и друг от друга. Диэлектрическая прочность бумаги определяет, какое напряжение она может выдержать, прежде чем разрушится. Когда напряжение прикладывается к бумаге, материал поляризуется, и электрическое поле распределяется по толщине бумаги. Если напряжение превышает диэлектрическую прочность бумаги, материал разрушается и образуется проводящий путь. Это приведет к короткому замыканию и катастрофическому выходу из строя трансформатора.
Диэлектрическая прочность электроизоляционной крафт-бумаги определяется ее плотностью, толщиной и содержанием влаги. Бумага более высокой плотности имеет более компактную структуру волокон, что повышает ее диэлектрическую прочность. Более толстая бумага имеет более высокое напряжение пробоя, но при этом она более жесткая и ее труднее наматывать. Содержание влаги имеет решающее значение: даже 1% влаги может снизить электрическую прочность на 50% и более. Поэтому перед вводом трансформатора в эксплуатацию бумагу сушат и пропитывают маслом под вакуумом. Масло заполняет пустоты между волокнами бумаги и вытесняет влагу, восстанавливая диэлектрическую прочность. В таблице ниже показана диэлектрическая прочность электроизоляционной крафт-бумаги при различных уровнях влажности.
| Содержание влаги (%) | Диэлектрическая прочность (кВ/мм) | Примечания |
| 0,1 (сухой) | 10–12 | Типично после вакуумной сушки |
| 0.5 | 8 - 10 | Приемлемо для большинства приложений |
| 1.0 | 5–7 | Требует дополнительной сушки. |
| 2.0 | 3–4 | Неприемлемо для высоковольтных трансформаторов. |
| 4.0 | 1 - 2 | Сильная деградация |
На нашем заводе мы производим электроизоляционные материалы на масляные трансформаторы с диэлектрической прочностью 10-12 кВ/мм при влажности 0,1%. Мы также предоставляем техническую поддержку нашим клиентам, чтобы гарантировать, что бумага правильно высушена и пропитана перед использованием. Диэлектрические характеристики бумаги проверяются посредством плановых испытаний в соответствии со стандартами IEC 60243 и ASTM D149. Строгий контроль качества гарантирует, что наша электроизоляционная крафт-бумага соответствует строгим требованиям, предъявляемым к масляным трансформаторам.
Термическая стабильность электроизоляционной крафт-бумаги является решающим фактором, определяющим срок службы масляного трансформатора. Бумага подвергается длительному воздействию рабочих температур 80–105°C с кратковременными подъемами до 120°C и выше в условиях перегрузки. В течение 30-летнего срока службы бумага подвергается медленному термическому разложению, что снижает ее механическую прочность и, в конечном итоге, диэлектрическую прочность. Скорость разложения определяется температурой и наличием кислорода и влаги. Бумага классифицируется по термическому классу, который указывает максимальную температуру непрерывной эксплуатации. Наиболее распространенными термическими классами изоляции трансформаторов являются A (105°C), E (120°C), B (130°C) и F (155°C).
Термическое разложение целлюлозы представляет собой химическую реакцию первого порядка. Скорость разложения соответствует уравнению Аррениуса, которое гласит, что скорость реакции удваивается при каждом повышении температуры на 8-10°C. Это означает, что срок службы бумаги сокращается вдвое при каждом повышении рабочей температуры на 8–10°C. Это соотношение является основой для кривых «срока службы изоляции», используемых при проектировании трансформаторов. Термическая стабильность бумаги повышается за счет удаления кислорода и влаги в процессе производства. Пропитка бумаги трансформаторным маслом также помогает замедлить разложение за счет исключения кислорода. В таблице ниже показан ожидаемый срок службы электроизоляционной крафт-бумаги при различных рабочих температурах.
| Рабочая температура (°С) | Ожидаемый срок службы (лет) | Примечания |
| 80 | 50+ | Нормальное рабочее состояние |
| 95 | 25–30 | Типичная температура горячей точки |
| 105 | 15–20 | Максимальный непрерывный рейтинг |
| 120 | 5–8 | Состояние перегрузки |
| 140 | 1 - 2 | Аварийная перегрузка |
Наш завод в Сучжоу Hanyao New Materials Co., Ltd. производит электроизоляционные материалы для масляных трансформаторов с термическим классом 105°C, а также мы можем поставлять бумагу с повышенной термостабильностью для применения при более высоких температурах. Мы проводим испытания нашей бумаги на ускоренное старение, чтобы проверить ее тепловые характеристики. В ходе этих испытаний бумага состаривается при повышенных температурах, а ее прочность на разрыв и диэлектрическая прочность измеряются через определенные промежутки времени. Результаты используются для прогнозирования срока службы бумаги при нормальных рабочих температурах. Эти данные предоставляются нашим клиентам для помощи в расчетах конструкции трансформатора.
Взаимодействие между электроизоляционной крафт-бумагой, влагой и трансформаторным маслом является одним из наиболее важных аспектов проектирования изоляции трансформатора. Бумага гигроскопична, то есть легко впитывает влагу из воздуха. Это проблема, поскольку влага снижает диэлектрическую прочность как бумаги, так и масла. В трансформаторе содержание влаги в бумаге должно поддерживаться ниже 0,5% по весу, чтобы обеспечить надежную изоляцию. Для достижения этого необходимо сочетание вакуумной сушки и масляной пропитки. В процессе производства трансформатор нагревается и откачивается для удаления влаги из бумаги и масла. Затем масло вводится под вакуумом, заполняя пустоты в бумаге и вытесняя оставшуюся влагу.
Взаимосвязь между бумагой, маслом и влагой динамична. Бумага и масло обмениваются влагой, пока не достигнут равновесия. Равновесное содержание влаги в бумаге зависит от температуры и влажности масла. При обычных рабочих температурах (80–95°C) бумага будет поглощать влагу из масла, если содержание влаги в масле высокое. Вот почему масло необходимо хранить сухим. В таблице ниже показано равновесное содержание влаги в электроизоляционной крафт-бумаге при различных уровнях влажности масла и температурах.
| Влажность масла (ppm) | Влажность бумаги при 60°C (%) | Влажность бумаги при 80°C (%) | Влажность бумаги при 100°C (%) |
| 5 | 0.2 | 0.1 | 0.05 |
| 10 | 0.4 | 0.2 | 0.1 |
| 20 | 0.8 | 0.4 | 0.2 |
| 30 | 1.2 | 0.6 | 0.3 |
| 50 | 2.0 | 1.0 | 0.5 |
На нашем заводе мы поставляем электроизоляционную крафт-бумагу с содержанием влаги менее 0,5% в состоянии поставки. Мы также предоставляем техническую поддержку нашим клиентам, чтобы обеспечить правильную сушку и пропитку бумаги во время производства трансформаторов. Наша лаборатория контроля качества оборудована для измерения содержания влаги по методу Карла Фишера, и мы проверяем каждую партию бумаги перед отправкой. Это гарантирует, что наши клиенты получат электроизоляционные материалы для масляных трансформаторов, которые соответствуют их характеристикам влажности и будут надежно работать в своих трансформаторах.
Механическая и химическая совместимость электроизоляционной крафт-бумаги с трансформаторным маслом и процессами намотки имеет важное значение для долгосрочной надежности трансформатора. Бумага должна быть достаточно прочной механически, чтобы выдерживать нагрузки при обмотке и сборке, а также быть химически стабильной в присутствии масла и материалов, используемых в трансформаторе. Механическая прочность обычно измеряется прочностью на разрыв, сопротивлением разрыву и удлинением. Бумага должна иметь достаточную прочность на разрыв, чтобы противостоять разрыву во время намотки, и она должна быть достаточно гибкой, чтобы соответствовать форме обмоток и не растрескиваться. В таблице ниже показаны типичные механические свойства электроизоляционной крафт-бумаги.
| Свойство | Типичное значение | Метод испытания |
| Предел прочности (MD) (МПа) | 80 - 120 | ИСО 1924-2 |
| Предел прочности (CD) (МПа) | 40 - 60 | ИСО 1924-2 |
| Удлинение при разрыве (MD) (%) | 2–4 | ИСО 1924-2 |
| Сопротивление разрыву (мН) | 500 - 800 | ИСО 1974 |
| Базовый вес (г/м²) | 60 - 200 | ИСО 536 |
| Толщина (мкм) | 50 - 250 | ИСО 534 |
Химическая совместимость бумаги с трансформаторным маслом также имеет решающее значение. Бумага не должна выделять в масло вредные соединения и не должна разлагаться в присутствии присадок к маслу. Бумагу обычно изготавливают из небеленой крафт-целлюлозы хвойных пород, которая химически стабильна и совместима с минеральным маслом. Бумагу также можно обрабатывать добавками, такими как азотсодержащие соединения, для повышения ее термостойкости. На нашем заводе мы проверяем химическую совместимость нашей бумаги с трансформаторным маслом в соответствии с ASTM D3455. Этот тест включает в себя старение бумаги в масле при повышенной температуре и измерение изменения свойств масла. Результаты подтверждают, что наши электроизоляционные материалы для масляных трансформаторов химически совместимы с трансформаторным маслом и не оказывают отрицательного влияния на характеристики масла.
Все материалы со временем портятся, и электроизоляционная крафт-бумага не является исключением. Старение бумаги представляет собой сочетание термической деградации, окисления и гидролиза. Скорость старения зависит от рабочей температуры, влажности и содержания кислорода. Конец срока службы бумаги обычно определяется как точка, в которой ее прочность на разрыв снижается до 50% от первоначального значения. На этом этапе бумага считается механически слабой и может не выдержать напряжения короткого замыкания или перегрузки. Диэлектрическая прочность бумаги также снижается с возрастом, но ограничивающим фактором обычно является механическая прочность.
За старением бумаги можно следить, анализируя масло на наличие растворенных газов и фурановых соединений. Фурановые соединения, такие как 2-фурфуральдегид (2-ФАЛ), образуются в результате разложения целлюлозы. Концентрация 2-ФАЛ в масле коррелирует со степенью деградации бумаги. Высокая концентрация 2-FAL указывает на то, что срок службы бумаги приближается к концу. В таблице ниже показана взаимосвязь между концентрацией 2-FAL и степенью деградации бумаги.
| Концентрация 2-FAL (млрд.) | Степень деградации бумаги | Рекомендуемое действие |
| < 100 | Нормальное старение | Продолжить нормальную работу |
| 100 - 500 | Умеренное старение | Увеличение частоты мониторинга |
| 500 - 1000 | Значительное старение | План ремонта |
| 1000 - 2000 | Расширенное старение | Запланировать ремонт |
| > 2000 | Критический | Требуются немедленные действия |
На нашем заводе мы предоставляем техническую поддержку нашим клиентам, чтобы помочь им оценить состояние изоляции трансформаторов. Мы можем предоставить справочные данные о характеристиках старения нашей электроизоляционной крафт-бумаги, а также помочь в интерпретации результатов анализа масла. Наша цель — помочь нашим клиентам продлить срок службы трансформаторов и избежать непредвиденных сбоев. Понимая процесс старения и контролируя состояние изоляции, операторы трансформаторов могут принимать обоснованные решения об обслуживании и замене.
Вопрос 1: Какова типичная диэлектрическая прочность электроизоляционной крафт-бумаги?
Ответ: Типичная диэлектрическая прочность электроизоляционной крафт-бумаги составляет 8-12 кВ/мм в зависимости от плотности, толщины и влажности. При содержании влаги 0,1% высококачественная крафт-бумага может достигать напряжения 10-12 кВ/мм. При влажности 1% электрическая прочность падает до 5-7 кВ/мм. Именно поэтому перед использованием бумагу необходимо высушить и пропитать маслом. В компании Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd. наши электроизоляционные материалы для масляных трансформаторов соответствуют требованиям IEC 60243 и ASTM D149.
Вопрос 2: Как влага влияет на характеристики электроизоляционной крафт-бумаги?
Ответ: Влага губительно влияет на диэлектрическую прочность электроизоляционной крафт-бумаги. Даже небольшое количество влаги, например 1%, может снизить электрическую прочность на 50% и более. Влага также ускоряет термическое старение бумаги. По этим причинам содержание влаги в бумаге должно поддерживаться ниже 0,5% по весу. Это достигается за счет вакуумной сушки и пропитки маслом при изготовлении трансформаторов. Наша фабрика поставляет бумагу влажностью менее 0,5% и осуществляет техническое сопровождение по сушке и пропитке.
Вопрос 3: Какова максимальная рабочая температура электроизоляционной крафт-бумаги?
Ответ: Максимальная температура непрерывной эксплуатации стандартной электроизоляционной крафт-бумаги составляет 105°C, что соответствует термическому классу А. При этой температуре ожидаемый срок службы бумаги составляет 15-20 лет. Для применения при более высоких температурах можно использовать бумагу с повышенной термостабильностью. Эта бумага относится к термическому классу E (120°C), B (130°C) или F (155°C). Выбор бумаги зависит от конструкции трансформатора и ожидаемого профиля нагрузки. Наша фабрика может поставить бумагу всех этих термических классов.
Вопрос 4: Как проверяется качество электроизоляционной крафт-бумаги?
Ответ: Электроизоляционная крафт-бумага тестируется на ряд свойств, включая диэлектрическую прочность, прочность на разрыв, сопротивление разрыву, содержание влаги и химическую совместимость с трансформаторным маслом. Испытания проводятся в соответствии с международными стандартами, такими как IEC 60243, ISO 1924-2 и ASTM D3455. На нашей фабрике мы проверяем каждую партию бумаги перед отправкой и предоставляем нашим клиентам сертификат анализа. Мы также проводим испытания на ускоренное старение, чтобы проверить долгосрочные характеристики нашей бумаги.
Вопрос 5: Можно ли переработать электроизоляционную крафт-бумагу?
Ответ: Да, электроизоляционную крафт-бумагу можно перерабатывать. Он изготавливается из древесной массы, которая является возобновляемым ресурсом, и ее можно перерабатывать и использовать для изготовления новых бумажных изделий. Однако бумага может быть загрязнена трансформаторным маслом, которое необходимо удалить перед переработкой. Масло можно восстановить и использовать повторно, а бумагу можно сдать на переработку. В Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd. мы стремимся к устойчивому развитию и призываем наших клиентов перерабатывать использованную изоляционную бумагу.
Электроизоляционная крафт-бумага является важнейшим компонентом масляных трансформаторов, обеспечивая диэлектрический барьер, предотвращающий электрический пробой. Его высокая диэлектрическая прочность, термическая стабильность, влагостойкость и химическая совместимость с трансформаторным маслом делают его предпочтительным материалом для этого требовательного применения. Рабочие характеристики бумаги определяются ее свойствами и тщательностью ее сушки и пропитки при производстве трансформаторов. Понимая эти факторы, проектировщики и операторы трансформаторов могут обеспечить надежную и долгосрочную работу своего оборудования.
Компания Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd. уже более десяти лет поставляет производителям высококачественные электроизоляционные материалы для масляных трансформаторов. Наш завод оснащен самым современным производственным и испытательным оборудованием, а наша система контроля качества сертифицирована по стандарту ISO 9001. Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высочайшего качества и техническую поддержку, необходимую им для достижения успеха. Независимо от того, разрабатываете ли вы новый трансформатор или обслуживаете существующий, мы приглашаем вас связаться с нами, чтобы обсудить ваши требования к электроизоляционным материалам.
Свяжитесь с компанией Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd. сегоднячтобы узнать больше о нашей электроизоляционной крафт-бумаге и о том, как она может удовлетворить ваши потребности в изоляции трансформатора.
