مواد عایق

خرابی عایق داخلی ترانسفورماتورها همیشه جدی ترین و پرهزینه ترین مشکل ترانسفورماتورها است. سطح نیروی اتصال کوتاه-شبکه های برق مدرن می تواند باعث آسیب جدی به ترانسفورماتورها پس از خرابی عایق شود. اما تلفات بعدی، مانند ناتوانی ژنراتورهای بزرگ برای ادامه تولید برق، اغلب شدیدتر است و تأثیر بیشتری نسبت به آسیب به خود ترانسفورماتورها دارد.

افزایش مداوم تقاضا برای برق منجر به افزایش اندازه ژنراتورها و افزایش ولتاژ انتقال شده است. الزامات مربوطه مستلزم آن است که ظرفیت و ولتاژ نامی ترانسفورماتور نیز باید به طور مداوم افزایش یابد تا همگام سازی حفظ شود. بنابراین، از دهه 1950، محدوده محدودی از ابعاد فیزیکی و وزن حمل و نقل برای ترانسفورماتورها وجود داشته است. از آن زمان، ولتاژ نامی و ظرفیت ترانسفورماتورها افزایش یافته است، اما از محدودیت های خارجی خود فراتر نرفته است، که کاملاً به استفاده بهتر از ابعاد عایق داخلی نسبت داده می شود (روش اجزاء محدود را می توان برای تحلیل بهتر توزیع تنش دی الکتریک در عایق استفاده کرد). یکی از جنبه های مهم عایق، طول عمر ترانسفورماتورها است که تقریباً به طور کامل به ساختار و شرایط عایق بستگی دارد. ترانسفورماتورها باید بتوانند خود را با طول عمر 40 سال یا بیشتر تطبیق دهند، که ممکن است توضیح دهد که چرا تاکید فزاینده بر انجام آزمایش‌های ضربه، اضافه ولتاژ عملیاتی و اندازه‌گیری‌های تخلیه جزئی در ترانسفورماتورها وجود دارد. از سوی دیگر، ترانسفورماتورهای توزیع کوچکتر شده اند و رقابت قیمت بین تولیدکنندگان به طور فزاینده ای شدیدتر می شود. با توجه به پیشرفت ها و نوآوری ها در تولید مواد عایق و قطعات تخصصی عایق، صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها حاصل شده است.

ترانسفورماتورهای مدرن تقریباً همه ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن هستند، اما ترانسفورماتورهای اولیه از آزبست، پنبه و صفحات کاغذی با فشار{0} درجه پایین استفاده می کردند که محیط خارجی آن هوا بود. در قرن بیستم، استفاده از کاغذهای عایق آغشته به پیشرفت تکنولوژیکی قابل توجهی بود. با این حال، به زودی کشف شد که هوا و کاغذ عایق آغشته شده نمی توانند نیازهای ظرفیت حرارتی ترانسفورماتور غوطه ور روغنی تازه توسعه یافته را برآورده کنند. این ترانسفورماتورهای جدید با کاغذ کرافت و صفحات فشار کاغذ عایق بندی شدند و در حدود سال 1915، سیلندرهای عایق ساخته شده از رول های کاغذ کرافت آغشته به رزین فنولیک به آن اضافه شد. این ماده عایق معمولاً کاغذ چسب رزین مصنوعی است که قبل از دهه 1960 در اکثر ترانسفورماتورها استفاده می شد و امروزه نیز کاربردهای مختلفی در ترانسفورماتورها دارد. معمولاً در مناطقی با قدرت میدان الکتریکی کم اما مقاومت مکانیکی بالا استفاده می شود.

1. کاغذ کرافت

کاغذ به عنوان ارزان ترین و بهترین ماده عایق الکتریکی شناخته می شود. کاغذ عایق الکتریکی باید استانداردهای فیزیکی و شیمیایی خاصی و همچنین الزامات عملکرد الکتریکی را داشته باشد. به طور کلی، عملکرد الکتریکی به خواص فیزیکی و شیمیایی کاغذ بستگی دارد. خواص الکتریکی مهم کاغذ به شرح زیر است: دارای قدرت دی الکتریک بالا. ثابت دی الکتریک کاغذ عایق غوطه ور در روغن نزدیک به روغن است. ضریب توان کم (اتلاف دی الکتریک)؛ حاوی ذرات رسانا نیست.

ثابت دی الکتریک کاغذ کرافت حدود 4.4 و ثابت دی الکتریک روغن ترانسفورماتور تقریباً 2.2 است. در سیستم های عایق متشکل از مواد مختلف، قدرت میدان تحمل شده توسط هر ماده با ثابت دی الکتریک آن نسبت معکوس دارد. به عنوان مثال، در یک سیستم عایق{3}}ولتاژ بالا به ولتاژ پایین{4}}ترانسفورماتور، قدرت میدان روغن دو برابر کاغذ (یا صفحه فشار کاغذ) خواهد بود. طراحان ترانسفورماتور امیدوارند که ثابت دی الکتریک کاغذ به ثابت نفت نزدیکتر باشد، به طوری که قدرت میدان تحمل شده توسط این دو نیز نزدیکتر باشد.

کاغذ کرافت از خمیر چوب نرم سفید نشده و با سولفات ها ساخته شده است. دلیل عدم انجام بلیچینگ به این دلیل است که ترس از این است که ماده سفید کننده باقیمانده عملکرد الکتریکی آن را به خطر بیندازد. این فرآیند منجر به باقیمانده مواد قلیایی ضعیف در کاغذ با مقدار pH 7-9 می‌شود که با تیمار سولفیت ارزان-که معمولاً در تولید کاغذ خبری استفاده می‌شود، که خمیر اسیدی تولید می‌کند، متفاوت است. محتوای اسید منجر به تخریب سریع مولکول‌های الیاف با زنجیره بلند و در نتیجه کاهش مقاومت مکانیکی به سطح غیرقابل قبولی به عنوان عایق الکتریکی می‌شود.

این کنده‌ها ابتدا با استفاده از کاربید سیلیکون یا چرخ‌های آسیاب مشابه در مناطق تولیدی خود در اسکاندیناوی، روسیه یا کانادا خرد شدند. عملیات شیمیایی سولفات می تواند اکثر اجزای دیگر چوب را از بین ببرد. به عنوان مثال، لیگنین، کربوهیدرات، پارافین و غیره که در انتها فقط سلولز باقی می ماند. سلولز در آب پخش می شود و پس از تخلیه آب، لایه ای از خمیر چوب بر جای می گذارد. در این مرحله می توان خمیر چوب خشک را به کارخانه های تخصصی کاغذ فرستاد.

فرآیندهای ساخت کاغذ-که توسط تولیدکنندگان مواد عایق استفاده می‌شود متفاوت است و حتی در کارگاه‌های تخصصی تولید کاغذ، روش‌های پردازش آنها به ویژگی‌های مورد نیاز برای محصول نهایی بستگی دارد. در زیر یک نمای کلی از روند تولید یک کارخانه ویژه- تخته فشار کاغذ با کیفیت بالا در انگلستان است که می‌توانید برخی از محتویات مربوط به این فرآیند را مشاهده کنید. همانطور که از نام آن پیداست، صفحات فشار کاغذ می توانند چگالی خود را افزایش دهند، زبری سطح را بهبود بخشند و استحکام مکانیکی را از طریق فشرده سازی های خاص در طول فرآیند تولید افزایش دهند. تولید تخته فشار کاغذ فرآیندی پیوسته است که در آن کاغذ بر روی یک غلتک توری ریز چرخان شکل می گیرد و چندین لایه کاغذ به ورق های ضخیم تبدیل می شود. فرآیند ساده‌تر دیگر تولید ورقه‌های مقوا روی یک میز مشبک افقی بدون هیچ گونه عملیات فرم دهی یا نورد است، اما همانطور که انتظار می‌رود، هرچه فرآیند ساخت پیچیده‌تر باشد، کیفیت مقوای حاصل قابل اعتمادتر و پایدارتر است.

کل فرآیند با زدن مجدد شروع می شود. هدف از ریختن بسته های کاغذ خمیر خشک در مقدار زیادی آب، از بین بردن تمام مواد شیمیایی باقی مانده در آن در مرحله تولید خمیر خشک است. الیاف منفرد باید در حالت مرطوب فشرده و تصفیه شوند تا سطح بیشتری از سطح خود را در معرض آب قرار دهند. استحکام کاغذ یا مقوا عمدتاً توسط نیروی پیوند بین الیاف تعیین می شود و وضعیت تنش خود الیاف بسیار کمتر از حد استحکام آنها است. این نیروهای اتصال فیزیکی و شیمیایی «پیوندهای هیدروژنی» نامیده می شوند و بین مولکول های سلولز تشکیل می شوند. آنها عمدتاً تحت تأثیر شکل و درجه فرآیند تصفیه هستند.

الیاف به این ترتیب خالص می شوند و سپس با آب بیشتری مخلوط می شوند و از یک دستگاه جداسازی گریز از مرکز چند مرحله ای برای تصفیه عمیق استفاده می شود تا توده های الیاف کوچکی را که نمی توانند به طور کامل شکسته شوند یا ممکن است تشکیل شوند، از بین ببرند. الیاف خالص شده را می توان بیشتر خالص کرد. جداسازی همچنین می تواند مواد خارجی مانند ذرات فلزی که در فرآیند تصفیه حمل می شوند را از بین ببرد. سپس، مخلوط الیاف و آب وارد یک صفحه فیلتر استوانه‌ای چرخان می‌شود. هنگامی که آب از صفحه فیلتر عبور می کند، الیاف فیلتر شده و یک لایه کاغذ را تشکیل می دهند. لوله کاغذی را از فیلتر تسمه نمدی دایره ای خارج کرده و به غلتک شکل دهنده منتقل کنید. نوار نمدی بیشتر رطوبت را از الیاف حذف می کند و می تواند پنج یا شش لایه خمیر را قبل از ارسال به غلتک شکل دهنده روی هم بچسباند. سپس به حذف رطوبت ادامه دهید و کاغذی با ضخامت، استحکام و رطوبت مورد نیاز را تحت تأثیر گرما و فشار همزمان با چرخش غلتک ها تولید کنید. در این مرحله می توان فرآیند را با توجه به ویژگی های کاغذ انتخاب کرد، مانند فرآیند CLUPAK که می تواند طول کاغذ را افزایش دهد یا درجه پخش شدن "تثبیت کننده" را بهبود بخشد. "تثبیت کننده" به ترکیبات حاوی نیتروژن مانند ملامین اشاره دارد که می تواند مقاومت حرارتی کاغذ را بهبود بخشد. در فصول بعدی این دو موضوع به تفصیل توضیح داده خواهد شد. روشنایی و چگالی کاغذ را می توان با تقویم کردن کاغذ به دست آورد. تحت رطوبت بالا کنترل شده، کاغذ توسط غلتک های فولادی سنگین نورد می شود و سپس با حرارت دادن بدون فشار خشک می شود.

در حالت خشک لایه خمیری، پیوند متقابل بین الیاف تنها می تواند خواص سلولز را به دست آورد. سلولز یک کربوهیدرات با وزن مولکولی بالا است که از چندین مونومر گلوکز تشکیل شده و درجه پلیمریزاسیون آن تقریباً 2000 است.

مولکول های نیمه فیبر دومین جزء اصلی خمیر چوب خالص شده هستند. اینها کربوهیدرات هایی با درجه پلیمریزاسیون زیر 200 هستند. در یک غلظت مشخص، فرآیند پیوند هیدروژنی را تسریع می کنند، اما اگر غلظت از 10٪ بیشتر شود، مقاومت مکانیکی کاغذ کاهش می یابد. یکی دیگر از اشکالات مولکول های همی سلولز این است که می توانند آب را نگه دارند و خشک شدن کاغذ را دشوار می کند.
فیبر چوب پنبه برای ساخت مواد عایق الکتریکی مناسب‌تر است، زیرا دارای طول الیاف 1-4 میلی‌متر است که حداکثر مقاومت مکانیکی را به آن می‌دهد. با این حال، می‌توان مقدار کمی خمیر چوب سخت را نیز مانند آلیاژها به خمیر چوب پنبه اضافه کرد و مخلوط حاصل معمولاً در مقایسه با هر جزء دارای خواص برتر است.

2. الیاف پنبه

الیاف پنبه یک سلولز بسیار خالص است که سال هاست در انگلستان استفاده می شود. به منظور تولید کاغذ عایق با مقاومت الکتریکی و خواص مکانیکی بهتر نسبت به کاغذ کرافت خالص، ماده ای به نام «پارچه پاک کن» تولید شده است. پنبه الیاف بلندتری نسبت به خمیر چوب دارد، اما استحکام پیوند مولکولی داخلی آن چندان خوب نیست. پنبه الیافی است که نسبت به چوب صاف‌تر است، بنابراین برای تولید ترکیبات شاخه‌دار، ایجاد موقعیت‌های اتصال لازم و دستیابی به استحکام مکانیکی لازم برای کاغذ عایق، در مراحل خرد کردن و خالص‌سازی به تلاش بیشتری نیاز دارد. این نوع فرآوری به تنهایی آن را گرانتر از سایر مواد می کند و هزینه مواد اولیه را شامل نمی شود.

هنگامی که این نوع کاغذ برای اولین بار برای عایق الکتریکی در دهه 1930 مورد استفاده قرار گرفت، الیاف پنبه از ضایعات کارخانه های پوشاک نخ پنبه ای تهیه می شد که تا حدودی قیمت رقابتی با کاغذ کرافت خالص را حفظ کرد. در سال‌های اخیر، این عمل متوقف شده است زیرا پارچه پنبه‌ای حاوی نسبت معینی از الیاف مصنوعی و سایر مواد است، که باعث می‌شود ترکیب پارچه خرد شده نتواند خلوص و آلودگی را تضمین کند-. بنابراین، مردم منبع جدیدی برای مواد اولیه کاغذسازی پیدا کرده اند. این الیاف الیاف کوتاهی از کارخانه های فرآوری پنبه است که پس از ریسندگی و بافندگی، باقیمانده پنبه اصلی بلند است. الیاف مخملی الیافی است که مستقیماً پس از پنبه اصلی به دست می‌آید و طول و کیفیت آن برای تولید مواد عایق با کیفیت بالا مناسب است. آنها را می توان به عنوان "مواد اولیه" یا مواد خام برای فرآیند تولید کاغذ فوق الذکر، یا به عنوان الیاف پنبه خالص، یا به عنوان الیاف پنبه ضایعاتی که از پنبه جدید ریسیده شده است، استفاده کرد. الیاف پنبه را نیز می توان با خمیر کاغذ کرافت مخلوط کرد تا یک کاغذ عایق تولید شود که مزایای هر دو خواص الکتریکی و مکانیکی و همچنین حداکثر ظرفیت جذب روغن را با هم ترکیب کند. نیاز به ظرفیت جذب روغن کاغذ از اهمیت بالایی برخوردار است. برای عایق کاغذی بین سیم‌پیچ‌های ولتاژ بالا و پایین و عایق کاغذی بین‌لایه سیم‌پیچ‌های ولتاژ بالا{11}ترانسفورماتورهای توزیع، لازم است که حتی در شرایط خلاء بالا که نفوذ کامل آن دشوار است، به طور کامل به روغن نفوذ کند.

از الیاف دیگر مانند کنف و جوت مانیل نیز می توان برای ساخت کاغذ عملکردی ویژه برای برآوردن نیازهای الکتریکی خاص مانند خازن ها و کابل ها استفاده کرد. استاندارد بریتانیایی BS5626 "کاغذ فیبر برای مقاصد الکتریکی" یک سند جامع مربوط به IEC60554 است که انواع و خواص اساسی کاغذ عایق را فهرست می کند. استاندارد اروپایی EN60641 "مقوا و مقوای نازک برای مصارف الکتریکی" نیز یک سند جامع است.

3. کاغذ مخصوص

انواع مختلفی از کاغذهای عایق قبلاً توضیح داده شده است که هر کدام دارای خواص خاص خود هستند که می توانند نیازهای کاربردهای خاص را برآورده کنند. قبل از جمع‌بندی این محتوا، لازم است به منظور رفع نیازهای ویژه صنعت ترانسفورماتور، توسعه و ویژگی‌های مربوط به چهار مقاله ویژه دیگر را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم. این چهار نوع کاغذ عبارتند از: کاغذ چروک، کاغذ با کشیدگی بالا، کاغذ مقاوم در برابر دمای بالا و کاغذ چسب الماس مشبک.

کاغذ چروک اولین کاغذ تخصصی است. برای افزایش ضخامت و کشیدگی در جهت طول کاغذ با چین و چروک های نامنظم ساخته می شود. معمولاً به صورت نواری به عرض 25 میلی متر بریده می شود که مخصوصاً برای سیم پیچی دستی روی حلقه الکترواستاتیک بین اتصالات سرب یا کیک های انتهایی داخلی سیم پیچ مناسب است. قابلیت انبساط آن به آن اجازه می دهد تا در صورت لزوم، مانند پیچیدن مفاصل شیر و سرب های شیر، محکم به دور اشکال نامنظم بپیچد یا خم شود. عیب کاغذ چروک این است که به مرور زمان خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهد. بنابراین، پس از چندین سال کارکرد، کاغذ چروکیده شده در اطراف اتصالات ترانسفورماتور به اندازه زمانی که در ابتدا پیچیده شده بود، سفت نخواهد شد. در بسیاری از موارد، روش بهتر استفاده از کاغذ با کشیدگی زیاد است. کاغذ عایق با کشیدگی بالا CLUPAK یکی از انواع این مواد است و فرآیند ساخت کاغذ پایه آن همانند فرآیند فوق می باشد. در مرحله شکل دهی فشرده، اثر غلتک فشار و گرما و رطوبت این است که الیاف را به صورت محوری در جهت طول فشرده می کند و در نتیجه خاصیت ارتجاعی آنها را افزایش می دهد. بنابراین، کاغذ صافی خود را حفظ می کند و عملکرد شکستگی، ازدیاد طول و پارگی عرضی خود را بسیار افزایش می دهد و در عین حال استحکام کششی و خواص الکتریکی خود را نیز حفظ می کند. استحکام مکانیکی و کشسانی بالا آن را برای پیچاندن حلقه های استاتیک یا پیچاندن کل سیم انتقال پیوسته (CTC) با دستگاه بسیار مناسب می کند. سیم انتقال پیوسته که در سیم پیچ ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ استفاده می شود، اغلب دارای مقطع{12} بزرگ تری است که استحکام آن را افزایش می دهد و خم شدن تا شعاع سیم پیچ مورد نیاز را بسیار دشوار می کند. در نتیجه، در مرحله سیم پیچی، سیم تحت عملیات بسیار شدید قرار می گیرد. بعلاوه، پیچاندن چنین سیم‌های مقطع{15} بزرگی روی قالب سیم‌پیچ، فشار زیادی به لایه عایق کاغذ وارد می‌کند و باعث چروک شدن، تا شدن و تغییر شکل عایق می‌شود. و این نوع چین و چروک و تغییر شکل بر عبور روغن خنک کننده شعاعی تأثیر می گذارد. چقرمگی و تغییر شکل الاستیک کاغذ عایق با ازدیاد طول، مقاومت آن را در برابر عملیات قوی در حین سیم پیچی نسبت به کاغذ معمولی افزایش می دهد و خاصیت ارتجاعی آن به آن اجازه می دهد تا درجه چروک شدن را به حداقل برساند.

همانطور که قبلا ذکر شد، بهبود مقاومت حرارتی کاغذ با افزودن تثبیت کننده ها در طول فرآیند تولید به منظور افزایش پایداری حرارتی و کاهش تخریب حرارتی حاصل می شود. در حال حاضر، می‌توان تأیید کرد که تخریب به دما بستگی دارد و به دلیل شکستن مولکول‌های زنجیره بلند- فیبر ایجاد می‌شود. حد مجاز افزایش دما در حین کار ترانسفورماتورهای قدرت بر اساس میانگین دمای نقطه داغ در حین کار ترانسفورماتور تعیین می شود که باید بتواند طول عمر عایق ترانسفورماتور را برای افراد قابل قبول کند. به طور کلی، مقدار دمای نقطه داغ ترانسفورماتورها 110-120 درجه سانتیگراد است. با این حال، در این محدوده دمایی، میزان تخریب عایق تا حد زیادی تحت تأثیر وجود اکسیژن و رطوبت است. اکثر ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن دارای درجه خاصی از اکسیژن و رطوبت هستند، به ویژه ترانسفورماتورهای توزیع که اساساً دارای دستگاه های جذب رطوبت هستند و به ندرت نگهداری می شوند. در این شرایط، مزیت کاغذ مقاوم{10}}در حرارت بالا، به تاخیر انداختن پیری عایق کاغذ است. این اجازه نمی دهد که ترانسفورماتورها دمای عملیاتی بالاتری داشته باشند، بلکه به کاغذهای با دمای بالا برای کاهش نرخ تخریب در دمای معمولی کارکرد، به منظور به تاخیر انداختن پیری عایق متکی است.

به دلیل عملکرد عالی عایق و استحکام مکانیکی بالا، لوله های کاغذی با رزین مصنوعی به طور گسترده در ترانسفورماتور استفاده می شود. سیلندر عایق با پیچاندن کاغذ کرافت که از یک طرف با رزین ترموست پوشانده شده است روی یک رول و حرارت دادن آن برای پخت تشکیل می شود. مردم به طور فزاینده ای تمایلی به انتخاب آن ندارند زیرا برای به دست آوردن مقاومت مکانیکی مورد نیاز کاغذ باید مقدار زیادی رزین روی کاغذ پوشانده شود که آغشته کردن روغن ترانسفورماتور را بسیار دشوار می کند. تحت قدرت میدان عملیاتی، هر شکاف ناشی از اشباع ضعیف می تواند به منابع تخلیه محلی تبدیل شود که منجر به خرابی الکتریکی نهایی شود. دلیل استفاده از کاغذ کرافت برای ساخت سیلندرهای عایق آغشته به رزین مصنوعی این است که عرض مورد نیاز کاغذ نازک فقط توسط ماشین‌های کاغذ وب بزرگ در سوئد تولید می‌شود که نمی‌توانند الیاف پنبه را پردازش کنند. اگر آنها بتوانند الیاف پنبه را تحمل کنند، کاغذ پنبه ای عملکرد خشک کردن و خیساندن سیلندر عایق را بهبود می بخشد.

دو لایه رزین پخته شده را به صورت شبکه الماسی روی کاغذ عایق قرار دهید و سپس آن را خشک کنید. شبکه الماس رزین خشک شدن موثر و غوطه وری در روغن کاغذ را تضمین می کند در حالی که یک ناحیه بزرگ از اتصال را تشکیل می دهد. در طول فرآیند خشک کردن و گرم کردن سیم پیچ، نقاط چسبنده ذوب شده و جامد می شوند و نقاط اتصال دائمی را تشکیل می دهند که تحت تأثیر فرآیندهای گرمایش بعدی قرار نمی گیرند و می توانند استحکام مکانیکی بالایی ایجاد کنند. اگرچه شکل اتصال شبکه الماسی برای انواع مختلف کاغذ مناسب است، اما در واقع برای کاغذهایی با خواص خشک کردن و اشباع خوب، مانند کاغذ مخلوط شده با الیاف چوب یا پنبه، به ویژه هنگامی که در سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین از نوع فویل استفاده می‌شود، مناسب‌تر است. این ویژگی به ویژه برجسته است زیرا این سیم پیچ ها به شدت خشک می شوند و در روغن خیسانده می شوند.

4. تخته فشار کاغذ

همانطور که از نام آن پیداست، تخته پرس کاغذ، کاغذ ضخیم‌تری است که از روی هم قرار دادن چندین لایه کاغذ در مرحله مرطوب کاغذسازی ساخته می‌شود. صفحات فشار کاغذ باید به صورت دسته ای پردازش شوند که با تولید مداوم در کاغذسازی متفاوت است، در غیر این صورت بسیار شبیه به فرآیند کاغذسازی خواهد بود. برای دستیابی به ضخامت مورد نظر، بسیاری از لایه های نازک دوغاب باید بدون نیاز به چسب، در حالت مرطوب روی هم چیده شوند. با این حال، تخته های فشار کاغذ هنوز هم می توانند به دو نوع اصلی تقسیم شوند، یعنی تخته های فشار کاغذ خالص که بدون هیچ گونه چسبی در شرایط رطوبت ساخته می شوند. با استفاده از چسب های مناسب برای چسباندن چندین لایه مقوا به یکدیگر، مقوای به دست آمده عموما ضخیم تر است.

استانداردهای اروپایی شامل دو نوع صفحه فشار کاغذ فوق می باشد: اولین نوع استاندارد صفحه فشار کاغذ EN60641:1996 "Electrical Insulation Paper Pressure Plate and Insulation Paper" می باشد. استاندارد بعدی تخته فشار کاغذ EN60673:1996 "Electrical Insulation Laminated Paperboard" بود. مشابه کاغذ عایق، تحت عنوان فوق، استانداردهای اروپایی مشخصات مختلف و انواع عمده مواد را فهرست می کنند. مواد اولیه کاغذ عایق مانند خمیر چوب خالص، خمیر پنبه خالص یا مخلوطی از هر دو است.

تخته فشار کاغذی نوع اول می تواند به حداکثر ضخامت 8 میلی متر برسد که برای پیچش پیچ و عایق انتهایی استفاده می شود و ضخامت آن معمولاً 2-3 میلی متر است. ضخامت مورد استفاده برای عایق پشتیبانی معمولاً 4.5-6 میلی متر است. این نوع مواد تخته فشار کاغذ را می توان به طور کلی به سه نوع زیر تقسیم کرد: نوع اول تخته فشار کاغذ کلندری است که در ابتدا با رطوبت 55 درصد فشرده شده و سپس بدون فشار حرارت داده و خشک می شود تا رطوبت 5 درصد را حفظ کند. چگالی صفحه پرس کاغذ 0.90 تا 1.00 کیلوگرم بر متر مکعب است. پس از آن، فشرده سازی بیشتر تحت فشار سنگین کلندر می تواند به چگالی 1.15-1.30 کیلوگرم بر متر مکعب برسد. نوع دوم صفحه پرس کاغذ، صفحه پرس کاغذ پلاستیکی است که طبق دستورالعمل فنی عملی ترانسفورماتور 54 تقریباً یا به طور کامل بدون فشرده سازی پس از فرآیند شکل دهی می باشد. فقط از گرمایش برای خشک کردن استفاده می شود و رطوبت آن در حدود 5٪ حفظ می شود و چگالی تخته پرس کاغذ حدود 0.90 است. این یک صفحه فشار کاغذ نرم با قابلیت جذب روغن عالی است و می تواند به اشکال خاص پردازش شود. نوع سوم صفحه پرس کاغذ، صفحه پرس کاغذی از پیش فشرده است. خمیر خیس مستقیماً روی یک پرس داغ برای آبگیری، فشرده سازی و خشک کردن قرار می گیرد. این تأثیر قابل توجهی در پیوند الیاف دارد و ماده ای با استحکام بالا، پایداری خوب و بدون تنش را تشکیل می دهد. چگالی مواد تقریباً 1.25 است و در کل مرحله ساخت ترانسفورماتور و غوطه ور شدن طولانی مدت در روغن داغ در حین کار ترانسفورماتور، صفحه فشار کاغذ همچنان می تواند شکل و اندازه خود را بدون تغییر حفظ کند. از این نظر، عملکرد آن بسیار فراتر از دو نوع صفحه فشار کاغذ فوق الذکر است. در حال حاضر این نوع مقوای پیش فشرده با پایداری بالا محبوبیت بیشتری دارد. بنابراین در اکثر سازندگان ترانسفورماتور به طور گسترده استفاده می شود.

ضخامت اولیه مقوای چند لایه حدود 10 میلی متر است و حداکثر ضخامت می تواند به 50 میلی متر یا بیشتر برسد. مواد اولیه برای مقوای چند لایه می تواند انواع مقوای عایق باشد که در بالا ذکر شد، اما به طور کلی، مقوای پیش فشرده هنوز بهتر است. این مقوای چند لایه را می توان به عنوان صفحه پشتی، پالت و صفحه فشار برای سیم پیچ ها و همچنین بلوک های انتهایی، صفحات پشتی و گیره سیم برای سیم پیچ ها استفاده کرد.

5. اجزای عایق شکل

قدرت میدان بین سیم‌پیچ‌های متحدالمرکز یک ترانسفورماتور{0} ولتاژ بالا کاملاً به صورت شعاعی توزیع می‌شود، بنابراین، عایق در این ناحیه می‌تواند مستقیماً از یک سری سیلندرهای عایق و شکاف‌های روغن حلقوی تشکیل شود. سیلندر عایق را می توان با درزهای محوری نورد و فشرده کرد. می توان آن را بالا و پایین یا به صورت مورب همپوشانی کرد. به دلیل عدم توانایی در بالا بردن بی دلیل ستون هسته که باعث می شود سیلندر عایق از انتهای سیم پیچ تا ارتفاع معینی فراتر رود، مشکلات عایق قابل توجهی در انتهای سیم پیچ به وجود آمده است. بنابراین، عایق بین سیم پیچ ها باید در امتداد انتهای سیم پیچ ها خم شود. برای سال‌های متمادی راه‌حل این مشکل استفاده از صفحات فشار کاغذ برای پیچیدن بین سیم‌پیچ‌ها یا نصب لوله‌های نرم بدون مهر و موم بوده است. سپس، انتهای کاغذ پیچیده شده در اطراف لوله ها یا صفحات فشار کاغذ در فواصل حدود 80 میلی متری قرار می گیرند تا "گلبرگ" را تشکیل دهند و تا شوند. هنگام پاره کردن لایه های متوالی، "گلبرگ ها" باید تکان بخورند تا از ایجاد یک مسیر شکست مستقیم از طریق آنها جلوگیری شود.

این رویکرد دارای اشکالات زیادی است. اولاً، بسیار کار-فشار است و هزینه های ساخت را به شدت افزایش می دهد. ثانیاً، هنگامی که فشار محوری وارد شده به سیم پیچ باعث انقباض آن می شود، می تواند منجر به تغییر شکل و جابجایی "گلبرگ ها" شود و در برخی موارد ممکن است انسداد موضعی مسیر عبور روغن نیز رخ دهد. راه حل این است که از فرآیند ذکر شده در ساخت صفحات فشار کاغذ عایق قالب گیری برای ایجاد حلقه های گوشه استفاده کنید. با توجه به اینکه حلقه های گوشه در مرحله قالب گیری نیاز به فشار قابل توجهی ندارند، نیازی به ساخت قالب های بیش از حد ظریف و گران قیمت نیست. حلقه گوشه ساخته شده باید بافت نرم و چگالی کم داشته باشد و به راحتی در روغن غوطه ور شود. اشکال بسیاری دیگر از اجزای عایق قالب‌گیری شده وجود دارد، مانند اجزای عایق قالب‌گیری‌شده برای سیم‌های{7} ولتاژ بالا. مزیت حلقه های گوشه عایق انتهایی سیم پیچ قالبی در مقایسه با "گلبرگ ها" این است که در این ناحیه می توانند نمایه ای نزدیک تر به خط همسان پتانسیل تشکیل دهند و در نتیجه زمینه های خزنده قوی را حذف کرده و آن را به ساختار عایق ایده آل تری تبدیل کنند.

6. سایر مواد عایق

تا به حال، کاغذ عایق و تخته فشار کاغذ، قطعاً متداول ترین مواد عایق برای ترانسفورماتورهای قدرت هستند. اما در برخی موارد ممکن است مقدار کمی از مواد دیگر نیز استفاده شود. متداول ترین ماده عایق، جدا از کاغذ عایق و تخته فشار کاغذ، چوب است، تقریباً به طور انحصاری چوب گرانیت سبز آبی، زیرا دارای ویژگی های چگالی بالا، استحکام بالا و پایداری خوب است. چوب باید خشک شود و با رطوبت کنترل شده در حدود 10 درصد پردازش شود. همانطور که ترانسفورماتور خشک می شود، بیشتر خشک می شود. در ترانسفورماتورهای توزیع کوچک، استفاده از چوب به عنوان گیره هسته آهنی می تواند مشکل فاصله عایق بین سرب ها را حل کند. برای ترانسفورماتورهای بزرگ می توان از چوب به عنوان براکت سربی و گیره سیم استفاده کرد. در ترانسفورماتورهای بزرگ، مواد جراحی نیز می توانند جایگزین مقوا شوند و به عنوان بالشتک انتهایی یا صفحات فشار برای سیم پیچ ها استفاده شوند. در این حالت برای اطمینان از استحکام در همه جهات، تخته های چوبی باید لایه به لایه در امتداد محیط به شکل قوس 90 درجه و لایه به لایه در سراسر محدوده ضخامت تخته به این صورت تکان داده شوند.

برای ترانسفورماتورهایی که از روغن عایق استفاده می کنند، کاغذ عایق و صفحات فشار کاغذ هر دو مواد عایق عالی هستند. برای از بین بردن هر گونه حریق احتمالی، به یک ترانسفورماتور{1} بدون روغن نیاز است. یک رویکرد بازگشت به روزهای اولیه استفاده از کاغذ عایق و صفحات فشار کاغذ به عنوان رسانه اصلی است. در صورت عدم وجود روغن در ترانسفورماتورها، کاغذ عایق و صفحات فشار کاغذ رسانه خوبی نیستند. اگر روغن خنک کننده بسیار موثری وجود نداشته باشد و به دلایل اقتصادی باشد، ترانسفورماتورها فقط می توانند در شرایط گرمتر کار کنند، در حالی که صفحات فشار کاغذ و کاغذ نمی توانند دماهای بالاتر را تحمل کنند. ماده ای وجود دارد که می تواند دماهای بالاتر را تحمل کند که یک پلیمر آلی یا پلی آمید معطر است که توسط شرکت DuPont در سوئیس تولید می شود و نام تجاری آن "NOMEX" است. از این ماده می توان برای ساخت انواع کاغذهای عایق و لمینت های کاغذی با روش ساختی مشابه عایق الیافی استفاده کرد، اما همچنان می تواند پایداری خود را در دمای بالای 220 درجه حفظ کند. اگرچه این ماده با توجه به رطوبت محیط مقدار مشخصی رطوبت را جذب می کند، اما رطوبت به هیچ وجه بر استحکام دی الکتریک آن که کاملاً با مواد سلولزی متفاوت است، تأثیر نمی گذارد. در اواسط{13}}1970، رسانه‌های مایع پلی‌کلره بی‌فنیل (PCB) به دلیل مقاومت بالا در برابر آتش محبوبیت داشتند، اما به دلیل آلودگی محیطی ناشی از PCB، به تدریج مورد پذیرش مردم قرار نگرفت. بنابراین از آن زمان به بعد، ما باید زمینه های تحقیقاتی جدیدی را برای جستجوی جایگزین های جدید باز می کردیم. مردم به وضوح مزایای استفاده نکردن از ترانسفورماتورها از محیط مایع را در بسیاری از جنبه ها تشخیص داده اند، که منجر به تولید و نصب تعداد زیادی ترانسفورماتور از نوع خشک{16}}شده است. ترانسفورماتورهای نوع خشک با الزامات کلاس C در BS EN 60085 "Electrical Insulation - Heat Resistance Evauation and Design" مطابقت دارند که امکان افزایش دما تا 210 درجه را فراهم می کند. در دهه 1990، اکثر ترانسفورماتورهای این درجه با ترانسفورماتورهای عایق با قالب تزریق رزین جایگزین شدند، بنابراین NOMEX به ندرت برای عایق کاری ترانسفورماتور استفاده می شد.