环氧树脂绝缘互感器制造工艺教材[精编版]

环氧树脂绝缘互感器制造工艺教材[精编版] 环氧树脂绝缘互感器 1 环氧树脂绝缘互感器的特点 1.1 作为互感器绝缘介质的环氧树脂，分为户内型和户外型。户外型采用酯环族树脂，能耐受紫外线的破坏。 环氧树脂具有优良的工艺性能和优良的绝缘性能，当它是液体状态时，流动性好，容易充满绕组的各间隙。当它的混合料固化后又有很高的电气及机械强度。 环氧树脂的基本成分为双酚A和环氧氯丙烷，加入不同的改性剂，经过工艺处理而成为各种不同性能的环氧树脂。它的性能指标为：灰分、粘度、饱和蒸汽压等。 低电压互感器常常使用不饱和树脂浇注。不饱和树脂由不饱和酸与二元醇。经聚缩反应而制成。不饱和树脂在常下浇注，在常温下固化。 1.2 环氧树脂绝缘互感器的结构特点 互感器的结构特点可以归纳为：缓冲、封闭和电场屏蔽。介绍如下。 a) 缓冲 互感器铁心、电流互感器大电流一次绕组（导电杆、导电板、引线端子）需要包缓冲层。铁心包缓冲，是为了避免环氧树脂固化时产生的收缩力压迫铁心，使铁心受力而导磁性能变坏。导电杆、导电板和引线端子包缓冲，是为了避免环氧树脂固化时产生的收缩力使大电流一次绕组外的树脂开裂（铜导体不可压缩）；或者一次大电流绕组流过短路电流时，受热膨胀的导体产生的胀力使其外面的树脂开裂。 加缓冲后，柔软的缓冲材料被压缩，将环氧树脂固化时产生的收缩力吸收，将大电流一次导线产生的胀力吸收，使固化后的环氧树脂不会开裂。 缓冲材料应为多孔性、耐高温、可压缩的板形材料 。常用的缓冲材料有压缩海绵、瓦棱纸 、毛毡、耐温橡胶带以及多层皱纹纸等。 b) 封闭 有缓冲的部位（如铁心、电流互感器导电杆一次绕组等）必须密封，目的 是不让环氧树脂进入缓冲层，如果环氧树脂进入缓冲层后，缓冲层变硬，失去缓冲作用。 没有缓冲的部位（多匝导线的一次绕组等）也必须密封，不让环氧树脂进入多匝一次绕组内，如果环氧树脂填满多匝一次绕组后，多匝一次绕组将成为不可压缩的固体，当多匝一次绕组流过短路电流时，环氧树脂会开裂。 封闭要在下列条件下进行：被封闭的材料如铁心、导线、绝缘材料、缓冲材料等要预先加热除去大部分水分。如果这些材料含水量很多，在绕组干燥、浇注、加热固化过程中，水分会汽化。水蒸汽出不来，当水蒸汽压力大于大气压力时，水蒸汽可能从封闭层薄弱处逸出，在浇注体内形成汽泡；环氧树脂会进入被封闭的材料内，破坏了缓冲作用；水蒸汽会使绝缘材料受潮，绝缘性能降低；水蒸汽会使铁 常用的封闭材料是耐高温密封胶带。 c) 电场屏蔽 电场屏蔽是环氧树脂绝缘互感器，绝缘结构的主要特点。 一、二次绕组均需包屏蔽层。一是因为绕组有棱角，屏蔽后曲率增大， 电场变均匀，提高放电电压；再者，将电压施加在充满单一环氧树脂的一、二次绕组的屏蔽层之间，绝缘强度高。如果没有一、二次绕组屏蔽层，电压将施加在一、二次绕组导线之间，导线外包的缓冲层及封闭层将处于电场之中，它们的绝缘强度很低，会增加局部放电量。 将绕组装入模具时，应对二次绕组引出线及其端子、固定安装底板的嵌装螺母、一次绕组引线端子及其嵌装螺母进行屏蔽，否则它们在高电压下会发生放电。 常用的屏蔽材料有：半导体皱纹纸带、铝箔带、金属网、金属弹簧环等。半导体皱纹纸带和铝箔带，用作一、二次绕组的屏蔽层；金属网，用作屏蔽二次绕组引线及各嵌装螺母；金属弹簧环用于35kV电压互感器一次绕组端部屏蔽。 1.3 环氧树脂浇注工艺 环氧树脂浇注工艺过程可以总结为三个要素：温度、真空度、时间。 1.3.1 不同工序对温度、真空度及时间要求的数据不同。 a) 温度 电流互感器要求干燥温度低，因为电流互感器只有半导体皱纹纸及引线端子需要干燥，一、二次绕组被密封，仅需要预热到需要的较低温度。电压互感器要求干燥温度高，电压互感器一次绕组的导线和层间绝缘含水量较大，需要在较高的温度下干燥。 环氧树脂混合料脱气时温度不能太高，因为混合料中有固化剂，温度太高，化学反应加剧，混合料容易在脱气罐中固化，造成事故。 为了使模具周转快，可以在较高的温度下胶凝固化，脱模后的浇注体增强固化需要在规定的温度下进行，此种固化方法必须采用下面介绍的特殊烘箱。b) 真空度 环氧树脂混合料在真空搅拌脱气时，脱气罐的真空度应尽量高，以尽快脱 净气体。真空浇注时，浇注罐的真空度也应尽量高，以使模具、器身中的残余气体尽量少。硅微粉真空搅拌干燥时，真空度应低。 c) 时间 混合料真空脱气时间不能长，时间太长容易固罐。真空浇注前，模具在浇注罐中抽真空时间尽量长些。有的工序要求的时间需尽量准确，如绕组干燥时间及浇注体固化时间，短了固化不充分，长了浪费。 1.3.2 环氧树脂浇注工艺过程 环氧树脂浇注工艺过程大体可分为下列几个阶段：混合料中各种材料的预先处理、混合料真空脱气、器身装入模具、装有器身的模具预热干燥、装有器身的模具真空脱气、混合料加入促进剂、真空浇注、胶凝固化、浇注体脱出模具（包括浇注体修补）、增强固化(或者胶凝固化和增强固化一起完成再脱下模具)、冷却、切除浇冒口树脂。 1.3.3 环氧树脂浇注过程中各个阶段的要求 a) 各种材料使用前的预先处理 硅微粉烘干除水，加热温度不低于水的汽化温度，以使水分汽化逸出。最 好的方法是低真空搅拌烘烤。不搅拌常压下烘烤需要烘干的时间很长。如果硅微粉进厂时已干燥达到含水量的要求，且有防潮包装，可不再需要烘干除水，只需预热保温存放。 环氧树脂在常温下粘度较大，使用前需加温使其变稀，以容易从容器中倒出。 固化剂、增韧剂、促进剂在常温下粘度小，无需加热稀化。 颜色糊是由环氧树脂和各种染料充分混合而成，其粘度大，使用前也需加热稀化。 b) 混合料真空搅拌脱气 将环氧树脂、硅微粉、固化剂、颜色糊和部分增韧剂五种材料放入薄膜 脱气罐中，罐温不宜太高过。先在常压下搅拌，直到硅微粉全部混合到环氧树脂中去，开始抽真空，真空度越高越好。由于环氧树脂混合料中，硅微粉是最不容易和液体材料混合，空气也最不易抽出，真空c) 器身装入模具 按技术要求将器身组装在模具内，一、二次绕组分别固定在模具上，留出 绝缘间隙。如果需要，电流互感器二次绕组引出线、一次端子嵌装螺母，应用金属网进行电场屏蔽；电压互感器一次绕组对面的铁轭上，应用金属网进行屏蔽。 d) 装有器身的模具加热干燥 器身装入模具后，浇注前需要加热干燥，目的是除去器身中和模具表面的 水分。同时也是使器身和模具加热到需要的温度。也可以单独加热干燥器身，再将其装入模具，但仍需将模具预热到需要的温度。 e) 装有器身的模具真空脱气 将干燥合格的器身模具放入真空浇注罐内，保温，抽真空，真空度也是越 高越好，目的是尽量抽净器身和模具中的空气。环氧树脂混合料脱气时间达到要求后，应加入促进剂，经短时间抽真空搅拌后立即进行真空浇注。促进剂起加速环氧树脂和固化剂化学反应的作用，加速固化。如果促进剂直接放入混合料中，先接触促进剂的混合料局部发生剧烈的化学反应，会形成硬块，所以应将促进剂的重量份和部分增韧剂重量份放入容器中搅拌均匀，形成混合料再放入树脂混合料中。 f) 真空浇注 浇注时，绕组模具的温度应和和混合料的温度相近。在抽真空的状态下， 将混合料浇入有器身的模具。浇注速度不宜快，尽量浇慢些。解除真空后模具中的树脂面要下降，如果需要可在常压下补浇。补浇时模具中的树脂面不许露出铁心，否则补浇时会产生气泡。 g) 胶凝固化 浇注后的模具放入烘箱内加热固化。固化可以分两个阶段：胶凝固化和增 强固化。第一种方法是，从较低温度开始，逐级升温，在不长的时间内即可胶凝固化，脱掉模具后再进行增强固化。第二种方法是，加高温，在很短的时间内即可胶凝固化，脱掉模具后再进行增强固化。第二种方法可以提高浇注成型模具的利用率，但需有特殊烘箱。h) 浇注体脱出模具 胶凝固化后的浇注体在高温下脱出模具。此时浇注体机械强度低，脱模时 应避免浇注体受力过大造成破裂。同时趁浇注体柔软时刮掉飞边毛刺，修理缺陷。 i) 增强固化 胶凝固化的浇注体并没有完全、充分固化，硬度低，其机械强度及绝缘强 度低，必须进行增强固化，使浇注体达到玻璃化硬度。 j) 浇注体成品 增强固化的浇注体应在断电的烘箱内自然降温至室温左右，才可以取出烘 箱。如果需要立即取出烘箱，应在保温的条件下慢慢降温。切除浇冒口。 2 环氧树脂浇注过程中的工艺辅助材料 2.1 脱模剂 金属模具和环氧树脂结合非常好，粘结牢固。在模具内表面上涂一层脱模剂，以使浇注体从模具中顺利脱出。 2.1.1 硅油 硅油是目前使用最多的一种脱模剂。使用硅油做脱模剂，须预先在模具内表面上用硅油焙烧一层硬膜，每次装模前还要涂一层硅油，脱模效果很好。硬膜可以连续使用数月。 2.1.2 硅橡胶 将硅橡胶涂在模具的内表面，在烘箱内加温C0160，保温4小时，形成薄膜，脱模效果很好。但薄膜未经硫化，硬度小，使用寿命短。 2.1.3 硅脂 涂在模具上的硅脂无需焙烧薄膜，浇注一次涂一次。脱模效果好。 2.1.4 聚四氟乙烯粉末 将聚四氟乙烯粉末加热喷涂在模具的内表面上，或冷喷涂在模具的内表面上，形成一层坚硬的膜，可以长期使用，硬膜不会损坏。但硬膜光洁度不高，且造价高。 2.1.5 上光腊 上光腊适用于常压浇注、室温固化的不饱和树脂。浇注一次涂一次。 还有一些脱模剂，此处不再一一说明。 2.2 模具密封材料 环氧树脂混合料加热后流动性和渗透性好，它会从模具的分合面出流出，需要对模具采取密封措施。 2.2.1 耐温橡胶条 用耐温橡胶材料来密封浇注模具，是目前最好的方法。常采用圆形或矩形耐温橡胶条，如硅橡胶或氟橡胶。将橡胶条放入模具分合面的密封槽内，可以长时间使用，当橡胶条老化或损坏后再进行更换。 2.2.2 腻子 器身装入模具，模具装配紧固后。在模具开合面外，用腻子抹住密封。这种密封方法比较原始，脱模场地藏乱。但是，使用者很多。 a) 水胶腻子：用乳白色水胶与石膏粉配制成稀、稠适用的糊状物，放入聚乙烯膜袋中封闭备用，使用时将袋子剪一小口挤出。这种腻子可以涂在模具的分合面上，腻子不许进入模具内；也可以涂在模具开合面外。这种腻子难以清除。 b) 清漆腻子：用醇酸清漆与石膏粉配制成稀、稠适用的糊状物，放入聚乙烯膜袋中封闭备用，使用时将袋子剪一小口挤出。可以涂在模具开合面上，腻子不许进入模具内；也可以涂在模具开合面外面。难以清除。 c) 水腻子：用清水与石膏粉配制成糊状物，涂在模具开合面的外面。容易清除。 d) 聚氯乙烯糊放入聚乙烯袋中密封备用，使用时剪一小口挤出。这种腻子只能涂在模具的开合面上，腻子不许进入模具内。容易清除。 3 工艺装备 3.1 浇注成型模具 合理、美观的浇注体外形，要靠合理的模具来保证。模具合理与否还和装模及脱模是否方便有关。同时还要考虑浇注时气体容易排出。模具材料和制造方法简介如下。