Развитие сухих трансформаторов типа SG с открытой вентиляцией (OVTD)

До 1960-х годов сухие трансформаторы в основном выполнялись с изоляцией класса B в открытых вентилируемых конструкциях, и тип изделия обозначался как SG. В то время фольговые катушки еще не применялись, поэтому катушки низкого напряжения преимущественно выполнялись многожильными проводами в слоевой или спиральной намотке, а катушки высокого напряжения были дискового типа. В качестве проводников применялись провода с двойной или одинарной обмоткой стекловолокном с алкидно-эмалиевым покрытием. Большинство остальных изоляционных материалов представляли собой фенольные стекловолокнистые материалы. Процесс пропитки заключался в пропитке катушек высокого и низкого напряжения лаком класса B при нормальных температуре и давлении с последующей сушкой при средней температуре (температура сушки не превышала 130°C). Хотя такие сухие трансформаторы обеспечивали существенное улучшение огнестойкости по сравнению с масляными трансформаторами, их стойкость к влаге и загрязнениям вызывала опасения. В результате выпуск трансформаторов этого типа был прекращен. Тем не менее, успешно проработанные электрические, магнитные и тепловые расчеты и конструктивная компоновка заложили прочную основу для последующего развития новых сухих трансформаторов с открытой вентиляцией и изоляцией класса H.

В США ряд производителей трансформаторов, например корпорация FPT в Вирджинии, разработали сухой трансформатор, в котором в качестве основного изоляционного материала используется арамидная бумага NOMEX® производства DuPont. Продукция FPT выпускается в двух исполнениях: тип FB с изоляционной системой на 180°C (класс H) и тип FH с изоляционной системой на 220°C (класс C), с превышением температуры обмоток 115K (125K в Китае) и 150K соответственно. Катушки низкого напряжения выполняются фольговой или многожильной слоевой намоткой, а межвитковая и межслоевая изоляция выполнена из NOMEX®. Катушки высокого напряжения дискового типа, проводники обернуты бумагой NOMEX®. Вместо обычных распорных брусков между дисками катушек применяются гребенчатые прокладки, что эффективно вдвое снижает пиковое напряжение между дисками и значительно повышает осевую стойкость катушек высокого напряжения к токам короткого замыкания, хотя при этом усложняется намотка и увеличивается время изготовления. Катушки высокого и низкого напряжения наматываются концентрически для повышения механической прочности. В некоторых конструкциях в качестве прокладок и брусков также применяются изоляционные платы из NOMEX®. Изоляционные цилиндры между катушками высокого и низкого напряжения изготавливаются из картона NOMEX® толщиной 0,76 мм. Процесс пропитки включает многократные циклы вакуумной пропитки под давлением (VPI) и высокотемпературной сушки (температура сушки достигает 180–190°C). На предприятии FPT такие трансформаторы изготавливаются на максимальное напряжение до 34,5 кВ и максимальную мощность до 10 000 кВА. Эта технология сертифицирована UL в США.

В Китае некоторые производители трансформаторов заимствовали изоляционные материалы NOMEX® и соответствующие производственные спецификации DuPont (например, HV-1 или HV-2), а также технические стандарты трансформаторов Reliatran® для выпуска сухих трансформаторов типа SG с изоляцией класса H, аналогичных изделиям FB компании FPT. Однако, в отличие от FPT, отечественные изделия пропитываются не целиком всем корпусом трансформатора, а только катушки. Хотя пропитка трансформатора в сборе обеспечивает лучшую общую герметичность, она менее эстетична и требует завершения всех соответствующих испытаний изделия до обработки. Кроме того, пропиточный лак легко загрязняется, поэтому пропитка только катушек в Китае представляется более рациональной.

В Европе развитие сухих трансформаторов шло более разнообразно. Помимо вакуумной заливки эпоксидной смолой и фольговой технологии, были разработаны другие типы трансформаторов, схожие с китайскими трансформаторами типа SCR с некомпаундированной литой изоляцией из сплошной изоляции и сухими трансформаторами типа SG с открытой вентиляцией. В 1970-х годах шведский завод использовал изоляционный материал NOMEX® для разработки сухих трансформаторов с открытой вентиляцией. Позднее другой завод заменил изоляционный материал NOMEX® на стекловолокно и DMD, снизив стоимость материалов. Конструкция катушек была схожа с ранними изделиями с изоляцией класса B: низкое напряжение — многожильная или фольговая намотка, высокое — катушки дискового типа. Межвитковая изоляция выполнялась из стекловолокна, прокладки — из керамики. Остальные изоляционные детали выполнялись из модифицированных дифенилэфирных смоляных стеклотканевых слоистых материалов (цилиндров) или модифицированных полиамидимидных слоистых стеклотканевых плат (цилиндров), DMD, SMC и других материалов. Катушки обрабатывались методом вакуумной пропитки (VI) без приложения давления во время пропитки. Ключевыми техническими моментами этого процесса были обоснованный выбор пропиточного лака (смолы) и режима пропитки, а также изготовление керамических деталей. Обычная керамика хрупкая, неглазурованная, склонна к влагопоглощению и может растрескаться при неравномерных напряжениях или нагреве. Поэтому она должна обладать очень высокой плотностью и твердостью, что в настоящее время достижимо только за счет импорта.