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三、绕组

3.1铜材和铝材的特性对比

铜和铝均是导电性能较好的金属材料，是制作变压器线圈的常用导体，其在物理性能上的差异如下表所示：

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表1铜铝物理性能对比

3.2铜铝导线在变压器绕组中的性能对比

铜铝变压器的差异也是由材料的差异决定的，具体表现在以下几个方面：

1）铜导体的电阻率仅仅是铝导体的60%左右，为了达到相同的损耗和温升要求，所需使用的铝导体截面积要较铜导体大60%以上，所以相同容量和相同参数情况下，铝导体变压器体积通常要较铜导体变压器大，不过此时变压器的散热面积也有所增加，所以其对油温升较低；

2）铝的密度仅为铜的30%左右，所以铝导体配电变压器要较铜导体配电变压器要轻；

3）铝导体的熔点较铜导体低许多，所以其在短路电流的温升限值为250℃，较铜导体的350℃低，所以其设计电密要较铜导体低，变压器导线截面积要大，故体积也较铜导体变压器大；

4）铝导体硬度较低，故其表面毛刺较易消除，故制成变压器后，其由于毛刺产生的匝间或层间短路的概率减少；

5）由于铝导体的抗拉、抗压强度较低，机械强度差，故铝导体变压器承受短路能力不如铜导体变压器，在进行动稳定计算时，铝导体的应力应小于450kg/cm2，而铜导体的应力限值为1600kg/cm2，承受能力大幅提高；

6）铝导体与铜导体之间的焊接工艺较差，接头焊接质量不易保证，一定程度上影响了铝导体的可靠性。

7）铝导体的比热为铜导体的239%，但是考虑到二者密度和设计电密的差异，实际二者的热时间常数相差并不如比热差值体现的那么大，故对其制成干式变压器的短时过载能力影响并不大。

四、绝缘材料

绝缘材料在变压器中用以将导电部分彼此之间的导电部分对地（零电位）之间的绝缘隔离，用于各种支承件时，还应具有良好的力学性能。另外，绝缘材料还起到其它的作用，如散热冷却、固定、储能、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。

通常情况下，绝缘材料分为三类：

1）气体绝缘材料：常温常压下，一般的干燥气体具有较好的绝缘性能，如空气、氮气、氢气、二氧化碳、六氟化硫等，其中，空气和六氟化硫在变压器中应用比较广泛；

2）液体绝缘材料：液体绝缘材料通常以油状存在，又称绝缘油。如矿物质油、植物油、合成酯等；

3）固态绝缘材料：如绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纸板、瓦楞纸板、电工塑料及薄膜、电工层压板（棒、管）、浇注成型的环氧树脂、电瓷、橡胶、云母制品等。

4.1绝缘油

绝缘油其特点是电气强度高、闪电高、凝固点低，在氧、高温、强电场作用下性能温度，无毒、无腐蚀性，粘度小，流动性好等特点。其在变压器、油开关、电容器和电缆等电工产品中广泛使用，起绝缘、冷却、浸渍及填充作用，另外，在油开关中还起灭弧作用，在电容器中还起储能作用。

绝缘油在变压器中同时起绝缘和冷却的双重作用；

绝缘油目前通常分为以下几类：

1）矿物质油：如变压器油、开关油、电容器油、电缆油；

2）合成油：如十二烷基苯、硅油、合成酯等；

3）植物质油；

4.2环氧树脂

环氧树脂是一种高分子化合物。树脂特点是一种固体、半固体或准固体有机材料，分子质量不确定(通常是较高)，承受应力时有流动倾向，通常有一个软化或熔化范围，且固体断面常呈现贝壳状，其具有以下基本特征：

1）分子链很长，每条链包含成百甚至上万个原子，彼此以共价键连；

2）长分子链由最小重复单元即链节组成，一个分子中的链节数称为聚合度；

3）大分子的分子间总力往往超过分子内原子间的化学键力，从而使高分子化合物出现一系列特性：例如没有气态聚合物、聚合物溶解过程很慢等，若分子间有交联，则该特点更为特出。

环氧树脂是指含有环氧官能团的低聚物，1891年开始出现环氧树脂，1947后美国、瑞士多个公司相继工业化合成成功双酚A环氧树脂。我国于1956年开始生产。

环氧材料的电气绝缘性能尤其突出，不加填料时，固化物的EB高于16MV/m，pV高于1011Ω˙m，εr为3～4，工频下tanδ约0.002，因此，20%环氧树脂都用于电气电子绝缘，例如环氧浸渍漆作为B级绝缘漆，浸渍中小型电机定子绕组；环氧无溶剂漆用于大电机定子绕组的真空浸渍；层压制品(板、管、棒)用作电机的槽楔和垫块、高压开关操作杆；粘结剂用于高压电瓷套管的粘结；浇注料用于六氟化硫全封闭组合电器(GIS)中的盘形隔离绝缘子、互感器和高压陶瓷电容器等的部件。目前国内生产的环氧树脂或改性环氧树脂的牌号命名暂时仍不很统一。全球不同环氧树脂制造商的命名也各不相同，需要根据商标识别。

环氧树脂只是低聚物，固化后才能使用。固化剂能与环氧树脂反应，使树脂分子从线型结构交联成体型结构。促进剂/催化剂能降低反应活化能的助剂，能促进/调整浇注料凝胶反应历程。固化剂利用其所含的活泼氢与树脂中活泼的环氧基进行开环加成反应实现固化，活泼氢就是固化剂或促进剂中－NH2、－NH－、－C00H、－OH和－SH中的氢。常用的固化剂有胺类和酸酐两类。固化剂中有的需要促进剂/催化剂，有的需要高温条件，有的在低温下即可剧烈反应。固化剂的不同也会导致固化产物性能差异悬殊，对产品最终性能有重大影响。因此，在环氧树脂配方体系中设计和选择固化剂是十分重要的。

环氧绝缘用于干式变压器，是近40年的新发展。变压器线圈设计寿命要求达到30年，耐热等级达到F级，一般材料难以达到要求。

为此，要对对所用材料及其配方体系和工艺必须进行设计、优选、试验和验证，才能获得理想效果的话。在树脂绝缘干式变压器中，环氧树脂体系通过浇注或浸渍成型，再经过热固化形成线圈绝缘(即纵绝缘)，在干式变压器整个运行期间，环氧树脂绝缘要同时保证线圈的电气绝缘和机械强度，并通过热传导方式散发线圈内部的热量。

其最大弱点是树脂绝缘缺陷和损伤(一般在制造过程中产生缺陷，在运行过程中产生损伤)的不可恢复和不可修复性。因此，避免固体绝缘开裂、避免浇注缺陷、避免局部放电(即局放)就显得格外重要，并成为固体绝缘制造技术的关键，是制造商间相互竞争的焦点。

由于变压器运行中损耗带来的较高温升，使树脂绝缘长期在高温工作(比如F级变压器，设计的最高工作温度一般在140℃左右)，而变压器在投运前和检修期间又可能处在低温(比如-30℃)，而且，变压器随时会受到雷电高压冲击或短路时的巨大电动力冲击。树脂绝缘的线圈应能适应这些变化，并能抵御或承受极端高低温下的短路电动力冲击,因此对环氧绝缘体系的热、机、电性能提出了极其苛刻的要求。

树脂浇注变压器的绝缘材料体系目前有两种，一种是“纯树脂浇注＋高填充率玻璃纤维增强”，另一种是“树脂石英粉浇注＋预浸玻璃网格局部加强”。

而绝缘体系(即习称绝缘结构)所包含的领域比绝缘材料体系更广，它指电气设备(或其独立部件)的绝缘整体，不仅包括绝缘材料及其组合方式，还应考虑绝缘与导体或磁体间的关系、与电场的关系、绝缘与周围环境(气体或液体及其状况、表面污秽、散热条件、机械力或辐射作用等)的关系等，它与电力系统运行参数间的适应性就是绝缘配合。干式变压器中气流和散热情况、绝缘受力情况等，都在绝缘体系要考虑的范围之中。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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