Hư hỏng cách điện bên trong máy biến áp luôn là vấn đề nghiêm trọng và tốn kém nhất đối với máy biến áp. Mức lực ngắn mạch-cao của lưới điện hiện đại có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho máy biến áp sau khi đánh thủng lớp cách điện. Nhưng những tổn thất sau này, chẳng hạn như việc các máy phát điện lớn không thể tiếp tục phát điện, thường nghiêm trọng hơn và có tác động lớn hơn so với hư hỏng của chính máy biến áp.
Nhu cầu sử dụng điện tăng liên tục kéo theo quy mô máy phát điện tăng và điện áp truyền tải tăng. Các yêu cầu tương ứng yêu cầu công suất và điện áp định mức của máy biến áp cũng phải được tăng liên tục để duy trì sự đồng bộ. Do đó, kể từ những năm 1950, đã có một phạm vi hạn chế về kích thước vật lý và trọng lượng vận chuyển của máy biến áp. Kể từ đó, điện áp và công suất định mức của máy biến áp ngày càng tăng nhưng không vượt quá giới hạn bên ngoài, điều này hoàn toàn là do việc tận dụng tốt hơn các kích thước cách điện bên trong (có thể sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích tốt hơn sự phân bố ứng suất điện môi trong cách điện). Một khía cạnh quan trọng của cách điện là tuổi thọ của máy biến áp, gần như hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc và tình trạng cách điện. Máy biến áp phải có khả năng thích ứng với tuổi thọ từ 40 năm trở lên, điều này có thể giải thích tại sao người ta ngày càng chú trọng đến việc tiến hành thử nghiệm tác động, vận hành quá điện áp và đo phóng điện cục bộ trên máy biến áp. Mặt khác, máy biến áp phân phối ngày càng được chế tạo nhỏ hơn và sự cạnh tranh về giá giữa các nhà sản xuất ngày càng trở nên khốc liệt. Nhờ những cải tiến và đổi mới trong sản xuất vật liệu cách nhiệt và các bộ phận cách nhiệt chuyên dụng, chúng tôi đã tiết kiệm được đáng kể chi phí.
Máy biến áp hiện đại hầu hết đều là máy biến áp ngâm trong dầu, nhưng những máy biến áp đời đầu sử dụng tấm áp suất bằng amiăng, bông và giấy cấp thấp{0}} với môi trường bên ngoài là không khí. Vào thế kỷ 20, việc sử dụng giấy cách điện tẩm đã đánh dấu sự tiến bộ đáng kể về công nghệ. Tuy nhiên, người ta đã sớm phát hiện ra rằng không khí và giấy cách điện tẩm không thể đáp ứng yêu cầu về công suất nhiệt của máy biến áp ngâm dầu mới được phát triển. Những máy biến áp mới này được cách điện bằng giấy kraft và tấm ép giấy, và vào khoảng năm 1915, các ống trụ cách điện làm bằng cuộn giấy kraft tẩm nhựa phenolic đã được thêm vào. Vật liệu cách nhiệt này thường là giấy dính nhựa tổng hợp, được sử dụng trong hầu hết các máy biến áp trước những năm 1960 và vẫn có nhiều ứng dụng khác nhau trong các máy biến áp ngày nay. Nó thường được sử dụng ở những khu vực có cường độ điện trường thấp nhưng độ bền cơ học cao.
1. Giấy kraft
Giấy được biết đến là vật liệu cách điện rẻ nhất và tốt nhất. Giấy cách điện phải đáp ứng các tiêu chuẩn vật lý và hóa học nhất định cũng như các yêu cầu về hiệu suất điện. Nói chung, hiệu suất điện phụ thuộc vào tính chất vật lý và hóa học của giấy. Các tính chất điện quan trọng của giấy như sau: nó có độ bền điện môi cao; Hằng số điện môi của giấy cách điện ngâm dầu gần với hằng số điện môi của dầu; Hệ số công suất thấp (tổn thất điện môi); Không chứa các hạt dẫn điện.
Hằng số điện môi của giấy kraft là khoảng 4,4 và hằng số điện môi của dầu biến thế là khoảng 2,2. Trong các hệ thống cách điện được làm từ các vật liệu khác nhau, cường độ trường do mỗi vật liệu sinh ra tỷ lệ nghịch với hằng số điện môi của nó. Ví dụ: trong hệ thống cách điện điện áp cao{3}}đến điện áp thấp{4}}của máy biến áp, cường độ trường trong dầu sẽ gấp đôi so với giấy (hoặc tấm ép giấy). Các nhà thiết kế máy biến áp hy vọng rằng hằng số điện môi của giấy gần với hằng số điện môi của dầu hơn, do đó cường độ trường do cả hai sinh ra cũng sẽ gần hơn.
Giấy kraft được làm từ bột gỗ mềm chưa tẩy trắng được xử lý bằng sunfat; Lý do tại sao việc tẩy trắng không được thực hiện là vì sợ chất tẩy trắng còn sót lại sẽ gây nguy hiểm cho hiệu suất điện của nó. Quá trình này tạo ra các chất kiềm yếu còn sót lại trong giấy có giá trị pH là 7-9, khác với phương pháp xử lý sulfite-chi phí thấp thường được sử dụng trong sản xuất giấy báo, vốn tạo ra bột giấy có tính axit. Hàm lượng axit sẽ dẫn đến sự phân hủy nhanh chóng của các phân tử sợi chuỗi dài, dẫn đến độ bền cơ học giảm đến mức không thể chấp nhận được như khả năng cách điện.
Các khúc gỗ lần đầu tiên được nghiền thành từng mảnh bằng cách sử dụng cacbua silic hoặc bánh mài tương tự tại các khu vực sản xuất của họ ở Scandinavia, Nga hoặc Canada. Xử lý bằng sunfat hóa học có thể loại bỏ hầu hết các thành phần khác trong gỗ. Ví dụ, lignin, carbohydrate, parafin, v.v., cuối cùng chỉ để lại cellulose. Cellulose khuếch tán vào nước, để lại một lớp bột gỗ sau khi xả nước. Ở giai đoạn này, bột gỗ khô có thể được gửi đến các nhà máy giấy chuyên dụng.
Quy trình sản xuất giấy-được các nhà sản xuất vật liệu cách nhiệt sử dụng là khác nhau và ngay cả trong các xưởng sản xuất giấy-chuyên dụng, phương pháp xử lý của họ sẽ phụ thuộc vào các đặc tính cần thiết cho thành phẩm. Sau đây là thông tin tổng quan về quy trình sản xuất của một nhà máy sản xuất bìa ép giấy chất lượng cao-đặc biệt ở Vương quốc Anh, từ đó bạn có thể xem một số nội dung liên quan đến quy trình này. Đúng như tên gọi, tấm ép giấy có thể tăng mật độ, cải thiện độ nhám bề mặt và tăng cường độ bền cơ học thông qua một số lực nén nhất định trong quá trình sản xuất. Việc sản xuất bảng ép giấy là một quá trình liên tục, trong đó giấy được tạo hình trên một con lăn lưới mịn quay và nhiều lớp giấy được làm thành những tấm dày. Quy trình đơn giản khác là sản xuất các tấm bìa cứng đơn lẻ trên bàn lưới nằm ngang mà không cần xử lý tạo hình hoặc cán, nhưng đúng như mong đợi, quy trình sản xuất càng phức tạp thì chất lượng của bìa cứng thu được càng đáng tin cậy và ổn định.
Toàn bộ quá trình bắt đầu bằng việc đánh lại. Mục đích của việc ném các bó giấy bột giấy khô vào một lượng lớn nước là để loại bỏ tất cả các chất hóa học còn sót lại trong đó trong giai đoạn sản xuất bột giấy khô. Các sợi riêng lẻ cần được nén và tinh chế ở trạng thái ẩm để tiếp xúc nhiều diện tích bề mặt hơn với nước. Độ bền của giấy hoặc bìa cứng chủ yếu được xác định bởi lực liên kết giữa các sợi và trạng thái ứng suất của sợi thấp hơn nhiều so với giới hạn độ bền của chúng. Các lực liên kết vật lý và hóa học này được gọi là “liên kết hydro” và được hình thành giữa các phân tử cellulose. Chúng chủ yếu bị ảnh hưởng bởi hình thức và mức độ của quá trình thanh lọc.
Các sợi được tinh chế theo cách này, sau đó trộn với nhiều nước hơn, đồng thời sử dụng thiết bị tách ly tâm nhiều{0}}giai đoạn để tinh chế sâu nhằm loại bỏ các cục xơ nhỏ không thể vỡ hoàn toàn hoặc có thể hình thành. Các sợi tinh khiết có thể được tinh chế thêm. Việc tách cũng có thể loại bỏ các chất lạ, chẳng hạn như các hạt kim loại được mang theo trong quá trình tinh chế. Sau đó, hỗn hợp sợi và nước đi vào màn lọc hình trụ xoay rộng. Khi nước đi qua màn lọc, các sợi được lọc ra ngoài và tạo thành lớp giấy. Lấy ống giấy ra khỏi bộ lọc đai nỉ tròn và chuyển nó vào con lăn định hình. Dải nỉ sẽ tiếp tục loại bỏ độ ẩm khỏi sợi và có thể xếp năm hoặc sáu lớp bột giấy lại với nhau trước khi đưa đến con lăn định hình. Sau đó, tiếp tục loại bỏ độ ẩm và cho ra loại giấy có độ dày, độ bền và độ ẩm theo yêu cầu dưới tác động của nhiệt và áp suất khi trục lăn quay. Ở giai đoạn này, quy trình có thể được lựa chọn theo đặc tính của giấy, chẳng hạn như quy trình CLUPAK, có thể làm tăng độ giãn dài của giấy hoặc cải thiện mức độ lan truyền của "chất ổn định". "Chất ổn định" dùng để chỉ các hợp chất có chứa nitơ{10}như melamine, có thể cải thiện khả năng chịu nhiệt của giấy. Các chương sau sẽ trình bày chi tiết về hai vấn đề này. Độ sáng và mật độ của giấy có thể đạt được bằng cách cán giấy. Trong điều kiện độ ẩm cao được kiểm soát, giấy được cuộn bằng các con lăn thép nặng và sau đó được sấy khô bằng cách gia nhiệt không áp suất.
Ở trạng thái khô của lớp bột giấy, sự liên kết lẫn nhau giữa các sợi chỉ có thể đạt được các đặc tính của xenlulo. Cellulose là một carbohydrate có trọng lượng phân tử cao bao gồm nhiều monome glucose, với mức độ trùng hợp khoảng 2000.
Các phân tử nửa sợi là thành phần chính thứ hai của bột gỗ tinh khiết. Đây là những carbohydrate có mức độ trùng hợp dưới 200. Ở một nồng độ nhất định, chúng đẩy nhanh quá trình liên kết hydro, nhưng nếu nồng độ vượt quá 10% thì độ bền cơ học của giấy sẽ giảm. Một nhược điểm khác của phân tử hemiaellulose là chúng có thể “giữ” nước, khiến giấy khó khô.
Sợi Cork thích hợp nhất để sản xuất vật liệu cách điện vì nó có chiều dài sợi từ 1-4mm, mang lại độ bền cơ học tối đa. Tuy nhiên, một lượng nhỏ bột gỗ cứng cũng có thể được thêm vào bột giấy bần, tương tự như hợp kim và hỗn hợp thu được thường có đặc tính vượt trội so với bất kỳ thành phần đơn lẻ nào.
2. Sợi bông
Sợi bông là một loại xenlulo rất tinh khiết đã được sử dụng ở Anh trong nhiều năm. Để sản xuất giấy cách điện có độ bền điện và tính chất cơ học tốt hơn giấy kraft nguyên chất, người ta đã chế tạo ra một loại vật liệu gọi là “vải lau”. Bông có sợi dài hơn bột gỗ, nhưng độ bền liên kết phân tử bên trong của nó không tốt lắm. Bông là loại sợi mịn hơn gỗ nên đòi hỏi nhiều công sức hơn trong công đoạn nghiền và tinh chế để tạo ra các hợp chất phân nhánh, cung cấp các vị trí liên kết cần thiết và đạt được độ bền cơ học cần thiết cho giấy cách nhiệt. Chỉ riêng cách xử lý này đã khiến nó đắt hơn các vật liệu khác và không bao gồm chi phí nguyên liệu thô.
Khi loại giấy này lần đầu tiên được sử dụng để cách điện vào những năm 1930, sợi bông được lấy từ phế liệu của các nhà máy sản xuất quần áo sợi bông, ở một mức độ nào đó vẫn duy trì được mức giá cạnh tranh với giấy kraft nguyên chất. Trong những năm gần đây, phương pháp này đã bị ngừng sử dụng vì vải cotton có chứa một tỷ lệ nhất định sợi tổng hợp và các chất khác, khiến thành phần của vải vụn không thể đảm bảo độ tinh khiết và{2}}không bị ô nhiễm. Vì vậy, người ta đã tìm được nguồn nguyên liệu làm giấy mới. Xơ là loại xơ ngắn được lấy từ các nhà máy chế biến bông, là cặn của bông xơ dài sau khi kéo sợi và dệt vải. Sợi nhung là loại sợi thu được trực tiếp sau bông xơ dài, có độ dài và chất lượng phù hợp để sản xuất vật liệu cách nhiệt-chất lượng cao. Chúng có thể được sử dụng làm "thành phần" hoặc nguyên liệu thô cho quy trình sản xuất giấy nói trên, hoặc làm sợi bông nguyên chất, hoặc làm sợi bông thải được kéo ra từ bông mới. Sợi bông còn có thể trộn với bột giấy kraft để tạo ra loại giấy cách nhiệt kết hợp ưu điểm cả về tính chất điện và cơ cũng như khả năng hút dầu tối đa. Yêu cầu về khả năng hấp thụ dầu của giấy có ý nghĩa rất lớn. Đối với lớp cách điện bằng giấy giữa cuộn dây điện áp cao và cuộn dây điện áp thấp và lớp cách điện giấy xen kẽ của cuộn dây điện áp cao của máy biến áp phân phối, cần có khả năng thấm hoàn toàn dầu ngay cả trong điều kiện chân không cao khó thấm hoàn toàn.
Các loại sợi khác, chẳng hạn như sợi gai dầu và đay Manila, cũng có thể được sử dụng để làm giấy có hiệu suất đặc biệt nhằm đáp ứng các yêu cầu điện cụ thể, chẳng hạn như trong tụ điện và dây cáp. Tiêu chuẩn Anh BS5626 "Giấy sợi cho mục đích điện" là một tài liệu toàn diện liên quan đến IEC60554, liệt kê các loại và tính chất cơ bản của giấy cách điện. Tiêu chuẩn Châu Âu EN60641 "Giấy và bìa mỏng dùng cho điện" cũng là một tài liệu toàn diện.
3. Giấy đặc biệt
Nhiều loại giấy cách điện khác nhau đã được mô tả trước đó, mỗi loại có đặc tính riêng có thể đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng đặc biệt. Trước khi kết thúc nội dung này, cần xem xét chi tiết hơn về sự phát triển và các tính chất liên quan của bốn bài báo đặc biệt đáng chú ý khác, nhằm đáp ứng nhu cầu đặc biệt của ngành máy biến áp. Bốn loại giấy này như sau: giấy nhăn, giấy có độ giãn dài cao, giấy chịu nhiệt độ cao và giấy dính lưới kim cương.
Giấy nhăn là loại giấy chuyên dụng ra đời sớm nhất. Nó được làm với các nếp nhăn không đều để tăng độ dày và độ giãn dài theo chiều dài của giấy. Nó thường được cắt thành dải rộng 25 mm, đặc biệt thích hợp để cuộn thủ công trên vòng tĩnh điện giữa các kết nối chì hoặc các bánh đầu bên trong của cuộn dây. Khả năng mở rộng của nó cho phép nó quấn chặt xung quanh các hình dạng bất thường hoặc uốn cong khi cần thiết, chẳng hạn như để bọc các khớp nối ren và đầu nối ren. Nhược điểm của giấy nhăn là sẽ mất đi độ đàn hồi theo thời gian. Vì vậy, sau vài năm vận hành, lớp giấy nhăn quấn quanh các mối nối của máy biến áp sẽ không còn độ kín như lúc mới quấn. Trong nhiều trường hợp, cách tiếp cận tốt hơn là sử dụng giấy có độ giãn dài cao. Giấy cách điện có độ giãn dài cao CLUPAK là một loại vật liệu này và quy trình sản xuất giấy cơ sở của nó cũng giống như quy trình đã nói ở trên. Trong giai đoạn tạo hình nén, tác dụng của con lăn áp lực và nhiệt độ và độ ẩm là nén các sợi theo chiều dọc theo chiều dài, từ đó làm tăng độ đàn hồi của chúng. Do đó, giấy duy trì độ mịn và tăng cường đáng kể hiệu suất đứt gãy, kéo dài và xé ngang, đồng thời duy trì độ bền kéo và tính chất điện. Độ bền cơ học và độ đàn hồi cao nên rất thích hợp để quấn các vòng tĩnh hoặc quấn toàn bộ dây chuyển vị liên tục (CTC) bằng máy. Dây chuyển vị liên tục được sử dụng trong cuộn dây của máy biến áp công suất lớn thường có tiết diện lớn hơn, điều này làm tăng độ cứng và khiến cho việc uốn cong theo bán kính cuộn dây yêu cầu trở nên cực kỳ khó khăn. Kết quả là trong giai đoạn quấn dây, dây sẽ trải qua những hoạt động rất căng thẳng. Ngoài ra, việc quấn những sợi dây có mặt cắt ngang lớn như vậy trên khuôn quấn sẽ tạo áp lực rất lớn lên lớp cách điện bằng giấy, khiến lớp cách điện bị nhăn, gấp và biến dạng. Và loại nếp nhăn và biến dạng này sẽ ảnh hưởng đến đường đi của dầu làm mát hướng tâm. Độ dẻo dai và biến dạng đàn hồi của giấy cách điện có độ giãn dài cao giúp nó có khả năng chống lại các hoạt động mạnh trong quá trình cuộn dây hơn so với giấy thông thường và độ đàn hồi của nó cho phép giảm thiểu mức độ nhăn.
Như đã đề cập trước đó, việc cải thiện khả năng chịu nhiệt của giấy đạt được bằng cách thêm chất ổn định trong quá trình sản xuất để tăng cường độ ổn định nhiệt và giảm sự suy giảm nhiệt. Hiện tại, có thể khẳng định rằng sự phân hủy phụ thuộc vào nhiệt độ và nguyên nhân là do sự đứt gãy của các phân tử sợi chuỗi dài-. Giới hạn tăng nhiệt độ cho phép trong quá trình vận hành máy biến áp điện được xác định dựa trên nhiệt độ điểm nóng trung bình trong quá trình vận hành máy biến áp, nhiệt độ này có thể làm cho tuổi thọ cách điện của máy biến áp được mọi người chấp nhận. Nói chung, giá trị nhiệt độ điểm nóng của máy biến áp là 110-120 độ C. Tuy nhiên, trong phạm vi nhiệt độ này, mức độ suy giảm chất cách điện bị ảnh hưởng lớn bởi sự hiện diện của oxy và độ ẩm. Hầu hết các máy biến áp ngâm trong dầu đều có độ oxy và độ ẩm nhất định, đặc biệt là máy biến áp phân phối về cơ bản có thiết bị hút ẩm và hiếm khi được bảo trì. Trong trường hợp này, ưu điểm của{10}giấy chịu nhiệt độ cao là làm chậm quá trình lão hóa của lớp cách nhiệt giấy. Điều này không cho phép máy biến áp có nhiệt độ vận hành cao hơn mà dựa vào giấy nhiệt độ cao để giảm tốc độ xuống cấp ở nhiệt độ vận hành bình thường, nhằm trì hoãn quá trình lão hóa cách điện.
Do hiệu suất cách nhiệt tuyệt vời và độ bền cơ học cao, ống giấy ngoại quan bằng nhựa tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong máy biến áp. Xi lanh cách nhiệt được hình thành bằng cách cuộn giấy kraft phủ nhựa nhiệt rắn một mặt thành cuộn và nung nóng để đông cứng. Mọi người ngày càng không muốn lựa chọn nó vì để có được độ bền cơ học cần thiết của giấy thì phải phủ một lượng lớn nhựa lên giấy, điều này khiến cho việc tẩm dầu biến thế rất khó khăn. Dưới cường độ từ trường hoạt động, bất kỳ khoảng trống nào do khả năng ngâm tẩm kém đều có thể trở thành nguồn phóng điện cục bộ, dẫn đến sự cố điện cuối cùng. Lý do giấy kraft được sử dụng để làm ống trụ cách nhiệt tẩm nhựa tổng hợp là vì chiều rộng yêu cầu của giấy mỏng chỉ được sản xuất bởi các máy giấy màng đơn lớn ở Thụy Điển, không thể xử lý sợi bông. Nếu xử lý được sợi bông, giấy cotton sẽ cải thiện hiệu suất sấy và ngâm của xi lanh cách nhiệt.
Phủ hai lớp nhựa đã đóng rắn lên giấy cách nhiệt ở dạng lưới kim cương, sau đó lau khô. Lưới nhựa kim cương đảm bảo làm khô và ngâm giấy hiệu quả trong khi tạo thành một vùng liên kết lớn. Trong quá trình sấy và làm nóng cuộn dây, các điểm dính liên kết tan chảy và đông đặc lại, tạo thành các điểm liên kết vĩnh viễn không bị ảnh hưởng bởi các quá trình gia nhiệt tiếp theo và có thể tạo ra độ bền cơ học cao. Mặc dù dạng liên kết lưới kim cương phù hợp với nhiều loại giấy nhưng thực tế nó phù hợp nhất với giấy có đặc tính khô và thấm tốt, chẳng hạn như giấy trộn với gỗ hoặc sợi bông, đặc biệt khi sử dụng trong cuộn dây điện áp thấp loại lá mỏng. Đặc điểm này đặc biệt nổi bật vì những cuộn dây này cực kỳ khó bị khô và ngấm dầu.
4. Bảng ép giấy
Đúng như tên gọi, bảng ép giấy là loại giấy dày hơn được làm bằng cách xếp chồng nhiều lớp giấy lại với nhau trong giai đoạn làm giấy ướt. Các tấm ép giấy phải được xử lý theo lô, khác với việc sản xuất liên tục trong sản xuất giấy, nếu không sẽ rất giống với quy trình sản xuất giấy. Để đạt được độ dày như mong muốn, nhiều lớp vữa mỏng cần được xếp chồng lên nhau ở trạng thái ẩm mà không cần dùng đến chất kết dính. Tuy nhiên, bảng ép giấy vẫn có thể được chia thành hai loại cơ bản, đó là bảng ép giấy nguyên chất được làm không có chất kết dính trong điều kiện độ ẩm; Sử dụng chất kết dính thích hợp để liên kết nhiều lớp bìa cứng lại với nhau, tấm bìa cứng thu được thường dày hơn.
Tiêu chuẩn Châu Âu bao gồm hai loại tấm ép giấy nêu trên: tiêu chuẩn loại tấm ép giấy thứ nhất là EN60641:1996 “Tấm ép giấy cách điện và Giấy cách điện”. Tiêu chuẩn về bảng ép giấy sau này là EN60673:1996 "Giấy ép cách điện". Tương tự như giấy cách nhiệt, dưới tiêu đề trên, tiêu chuẩn Châu Âu liệt kê các thông số kỹ thuật khác nhau và tất cả các loại vật liệu chính. Nguyên liệu làm giấy cách nhiệt cũng giống như nguyên liệu làm bột gỗ nguyên chất, bột bông nguyên chất hoặc hỗn hợp cả hai.
Loại bảng ép giấy đầu tiên có thể đạt độ dày tối đa 8 mm, dùng để cuộn dây và cách điện cuối, với độ dày thông thường là 2{21}}3 mm. Độ dày được sử dụng để cách nhiệt hỗ trợ thường là 4,5-6mm. Loại vật liệu ván ép giấy này thường có thể được chia thành ba loại sau: loại thứ nhất là ván ép giấy lịch, ban đầu được nén ở độ ẩm 55%, sau đó được làm nóng và sấy khô không áp suất để giữ lại độ ẩm 5%. Mật độ của tấm ép giấy là 0,90 ~ 1,00kg/m3. Sau đó, tiếp tục nén dưới áp suất lớn của máy cán có thể đạt được mật độ 1,15-1,30kg/m3; Loại tấm ép giấy thứ hai là tấm ép giấy bằng nhựa, gần như hoặc hoàn toàn không bị nén sau quá trình tạo hình theo sách hướng dẫn kỹ thuật thực hành máy biến áp 54. Chỉ dùng nhiệt để sấy khô, giữ độ ẩm khoảng 5%, mật độ của bảng ép giấy khoảng 0,90. Đây là loại tấm ép giấy mềm có khả năng hút dầu cực tốt và có thể gia công thành các hình dạng chuyên dụng; Loại tấm ép giấy thứ ba là tấm ép giấy được ép sẵn. Bột giấy ướt được đặt trực tiếp trên máy ép nóng để khử nước, nén và sấy khô. Điều này tác động không nhỏ đến sự liên kết của các sợi, tạo thành vật liệu có độ bền cao, độ ổn định tốt và không bị ứng suất. Mật độ vật liệu xấp xỉ 1,25, và trong toàn bộ giai đoạn sản xuất máy biến áp và ngâm lâu dài trong dầu nóng trong quá trình vận hành máy biến áp, tấm ép giấy vẫn có thể duy trì hình dạng và kích thước không thay đổi. Về mặt này, hiệu suất của nó vượt xa hai loại tấm ép giấy nói trên. Hiện nay, loại bìa cứng ép sẵn có độ ổn định cao này được ưa chuộng hơn. Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các nhà sản xuất máy biến áp.
Độ dày ban đầu của bìa cứng nhiều lớp là khoảng 10 mm và độ dày tối đa có thể đạt tới 50 mm trở lên. Nguyên liệu làm bìa carton nhiều lớp có thể là nhiều loại bìa cứng cách nhiệt nêu trên, nhưng nhìn chung bìa ép sẵn vẫn tốt hơn. Các tông nhiều lớp này có thể được sử dụng làm tấm lót, pallet và tấm áp lực cho cuộn dây, cũng như khối cuối, tấm lót và kẹp dây cho cuộn dây.
5. Linh kiện cách nhiệt định hình
Cường độ trường giữa các cuộn dây đồng tâm của máy biến áp điện áp cao -được phân bổ hoàn toàn theo hướng tâm, do đó, lớp cách điện ở khu vực này có thể bao gồm trực tiếp một loạt các xi lanh cách điện và các khe hở dầu hình khuyên. Xi lanh cách nhiệt có thể được cuộn và ép, với các đường nối dọc trục. Nó có thể chồng lên nhau hoặc chồng lên nhau theo đường chéo. Do không thể nâng cột lõi lên một cách bất hợp lý, điều này có thể khiến trụ cách điện vượt quá đầu cuộn dây một độ cao nhất định, nên đã phát sinh các vấn đề cách điện đáng kể ở đầu cuộn dây. Vì vậy, cách điện giữa các cuộn dây phải được uốn dọc theo hai đầu cuộn dây. Trong nhiều năm, giải pháp cho vấn đề này là sử dụng các tấm ép giấy để quấn giữa các cuộn dây hoặc lắp đặt các ống mềm không kín. Sau đó, các đầu giấy quấn quanh ống hoặc tấm ép giấy được xếp cách nhau khoảng 80mm để tạo thành những “cánh hoa” rồi gấp lại. Khi xé các lớp liên tiếp, các "cánh hoa" phải được đặt so le để tránh tạo thành đường đứt gãy trực tiếp xuyên qua chúng.
Cách tiếp cận này có nhiều nhược điểm. Thứ nhất, nó tốn rất nhiều công sức-và làm tăng đáng kể chi phí sản xuất. Thứ hai, khi áp suất dọc trục tác dụng lên cuộn dây khiến nó co lại, có thể dẫn đến biến dạng và dịch chuyển các "cánh hoa", đồng thời trong một số trường hợp cũng có thể xảy ra tắc nghẽn cục bộ đường dẫn dầu. Giải pháp là sử dụng quy trình chế tạo các tấm áp lực bằng giấy cách nhiệt có thể đúc được ở trên để tạo ra các vòng góc. Do các vòng góc không yêu cầu áp lực đáng kể trong giai đoạn đúc khuôn nên không cần thiết phải chế tạo những khuôn quá đẹp và đắt tiền. Vòng góc được làm phải có kết cấu mềm, mật độ thấp và dễ dàng ngâm trong dầu. Có nhiều hình dạng khác của các thành phần cách điện đúc, chẳng hạn như các thành phần cách điện đúc cho dây dẫn điện áp cao-. Ưu điểm của các vòng cách nhiệt ở đầu cuộn dây đúc so với "cánh hoa" là ở khu vực này, chúng có thể tạo thành một mặt cắt gần với đường đẳng thế hơn, do đó loại bỏ các trường leo mạnh và biến nó thành một cấu trúc cách nhiệt lý tưởng hơn.
6. Vật liệu cách nhiệt khác
Cho đến nay, giấy cách điện và tấm ép giấy chắc chắn là những vật liệu cách nhiệt được sử dụng phổ biến nhất cho máy biến áp điện. Nhưng trong một số trường hợp, một lượng nhỏ vật liệu khác cũng có thể được sử dụng. Vật liệu cách nhiệt được sử dụng phổ biến nhất, ngoài giấy cách nhiệt và tấm ép giấy, là gỗ, hầu như chỉ có gỗ granit xanh nước, vì nó có đặc tính mật độ cao, độ bền cao và độ ổn định tốt. Gỗ phải được sấy khô và xử lý với độ ẩm được kiểm soát ở mức khoảng 10%. Khi máy biến áp khô đi, nó sẽ được sấy khô thêm. Trên các máy biến áp phân phối nhỏ, sử dụng gỗ làm kẹp lõi sắt có thể giải quyết được vấn đề khoảng cách cách điện giữa các dây dẫn. Đối với các máy biến áp lớn, gỗ có thể được sử dụng làm giá đỡ chì và kẹp dây. Trên các máy biến áp lớn, vật liệu phẫu thuật cũng có thể thay thế bìa cứng và được sử dụng làm miếng đệm cuối hoặc tấm áp suất cho cuộn dây. Trong trường hợp này, để đảm bảo độ bền theo mọi hướng, các tấm gỗ phải được xếp so le từng lớp dọc theo chu vi theo hình vòng cung 90 độ và so le từng lớp trong suốt phạm vi độ dày của ván theo cách này.
Đối với máy biến áp sử dụng dầu cách điện, giấy cách điện và tấm ép giấy đều là những vật liệu cách nhiệt tuyệt vời. Để loại bỏ mọi hỏa hoạn có thể xảy ra, cần có máy biến áp không dầu-. Một cách tiếp cận là quay trở lại những ngày đầu sử dụng giấy cách nhiệt và tấm ép giấy làm vật liệu chính. Trong trường hợp không có dầu trong máy biến áp, giấy cách điện và tấm ép giấy không phải là phương tiện tốt. Nếu không có dầu làm mát thật hiệu quả và vì lý do kinh tế, máy biến áp chỉ có thể hoạt động ở điều kiện nóng hơn, trong khi giấy và tấm ép giấy không thể chịu được nhiệt độ cao hơn. Có một loại vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cao hơn, đó là polyme hữu cơ hoặc polyamit thơm do DuPont ở Thụy Sĩ sản xuất và tên thương mại của nó là "NOMEX". Vật liệu này có thể được sử dụng để làm các loại giấy cách nhiệt và giấy cán mỏng khác nhau bằng phương pháp sản xuất tương tự như vật liệu cách nhiệt bằng sợi, nhưng nó vẫn có thể duy trì độ ổn định ở nhiệt độ cao 220 độ. Mặc dù vật liệu này hấp thụ một lượng độ ẩm nhất định theo độ ẩm môi trường, nhưng độ ẩm hoàn toàn không ảnh hưởng đến độ bền điện môi của nó, điều này hoàn toàn khác với vật liệu cellulose. Vào giữa-những năm 1970, môi trường chất lỏng polychlorinated biphenyls (PCB) đã trở nên phổ biến do khả năng chống cháy cao, nhưng do ô nhiễm môi trường do PCB gây ra nên chúng dần ít được người dân chấp nhận. Vì vậy từ đó trở đi, chúng ta phải mở ra những lĩnh vực nghiên cứu mới để tìm kiếm những giải pháp thay thế mới. Mọi người đã nhận thức rõ ràng lợi ích của việc máy biến áp không sử dụng bất kỳ môi trường chất lỏng nào về nhiều mặt, điều này đã dẫn đến việc sản xuất và lắp đặt một số lượng lớn máy biến áp loại khô. Máy biến áp loại khô tuân thủ các yêu cầu của Loại C trong BS EN 60085 "Thiết kế và cách điện - Đánh giá khả năng chịu nhiệt", cho phép tăng nhiệt độ lên tới 210 độ. Vào những năm 1990, hầu hết các máy biến áp loại này đã được thay thế bằng máy biến áp cách điện đúc phun nhựa, vì vậy NOMEX hiếm khi được sử dụng để cách điện máy biến áp.
