روش ریختهگری ترانسفورماتورها با استفاده از رزین اپوکسی
روش ریختهگری ترانسفورماتورهای کَست کویل و ابزار دقیق با استفاده از ترکیبات اپوکسی
ترانسفورماتورهای ریخته گری شده یک ترانسفورماتور خشک با صدای کم و تلفات الکتریکی پایین است. سیمپیچ ولتاژ بالا (HV) با هادیهای مسی و سیمپیچ ولتاژ پایین (LV) با هادیهای مسی یا ورق مسی با الیاف شیشهای پیچیده و تقویت میشوند و سپس با رزین در خلاء ریخته گری میشوند. بنابراین ریختهگری ترانسفورماتورها یک روش مناسب برای ایجاد بهروهوری بیشتر این قطعات الکتریکی و افزایش مقاومت آنها در برابر شرایط محیطی و شیمیایی متفاوت است.
از آنجایی که ساختار هسته و سیمپیچها در بین تولیدکنندگان متفاوت است، توصیههای زیر میتوانند به عنوان نقطه شروعی برای توسعه یک فرآیند ریختهگری دقیق و تکرارپذیر مورد استفاده قرار گیرند. شرکت پلی کامپوزیت سیستمهای ریختهگری متنوعی بر پایه رزینهای اپوکسی، پلی یورتان و سیلیکون تولید میکند که به بهبود مقاومت در برابر ترکخوردگی، کاهش تخلیه جزئی (کرونا) و افزایش دقت کمک میکنند.
بسته به طراحی و ساختار سیمپیچها و اینکه آیا از مواد ضربهگیر استفاده شده است یا خیر، ممکن است برخی دستگاهها به ترکیباتی با سختی کمتر یا بیشتر نیاز داشته باشند.
توصیههای کلی برای ریختهگری ترانسفورماتورها:
- کاهش لبههای تیز در طراحی: وجود لبههای تیز میتواند باعث ایجاد ترکهای ریز (میکروترک) در عایق اپوکسی هنگام پخت شود. بهتر است این لبهها با مواد ضربهگیر (Cushioning) نرم شوند یا حذف شوند.
- حذف زوایای تیز در عایق سیمپیچ: قسمتهای برجسته و تیز نباید در سطح سیمپیچ باقی بمانند، زیرا میتوانند در فرآیند ریختهگری و پخت باعث شکستگی و ترک شوند.
- ضخامت حداقل عایق: ضخامت لایه اپوکسی در هر قسمت از قطعه نباید کمتر از ۳.۱۷ میلیمتر باشد.
مراحل پیشنهادی برای ریختهگری ترانسفورماتورها بصورت دستی:
- خشک کردن هسته و سیمپیچ:
سیمپیچ و هسته را در دمای ۱۲۵ درجه سانتیگراد حرارت دهید تا تمام رطوبت باقیمانده از بین برود. بهتر است این کار در کوره خلأ انجام شود، اما اگر در دسترس نبود، یک کوره معمولی نیز کافی است. مطمئن شوید که دمای سیمپیچ به ۱۲۵ درجه سانتیگراد رسیده و حداقل ۱ ساعت در این دما باقی بماند.
- آمادهسازی قالب:
قالب را کاملاً تمیز کنید تا هیچگونه آلودگی یا باقیماندهای روی آن نباشد.
- پیشگرمایش قالب:
قالب را در دمای ۱۲۵ درجه سانتیگراد گرم کنید و تا زمانی که رزین آماده ریختهگری شود، در کوره نگه دارید.
- مخلوط کردن رزین:
در اکثر ترانسفورماتورها از رزینهایی استفاده میشود که قابلیت انتقال حرارت را دارند. تقریباً همه انواع رزینهای که دارای انتقال حرارت هستند دارای مواد جامدی هستند که با گذشت زمان ته نشین میشوند بنابراین قبل از استفاده از آنها رزین را کاملاً بهم بزنید تا مواد پرکنندهای که تهنشین شدهاند، دوباره در ترکیب پخش شوند و مخلوطی یکنواخت و همگن ایجاد شود.
مراحل نهایی آمادهسازی و ریختهگری ترکیب اپوکسی
- مخلوط کردن سختکننده(هاردنر):
سختکننده را کاملاً در ظرف خودش هم بزنید تا مخلوطی یکنواخت و همگن ایجاد شود.
- نکات مهم هنگام مخلوط کردن:
- اگر از همزن برقی (دریل با تیغه همزن) استفاده میکنید، تیغه را زیر سطح ماده نگه دارید تا حباب هوا وارد مخلوط نشود.
- اگر با دست مخلوط میکنید، از کاردک فلزی خشک یا وسیلهای مشابه استفاده کنید.
- حرکتهای شدید و سریع ایجاد نکنید تا از ایجاد حباب جلوگیری شود.
- گاهی دیوارهها و کف ظرف را بخراشید تا مخلوط کاملاً یکدست شود.
- هرگز از چوب برای هم زدن استفاده نکنید! چوب رطوبت را از هوا جذب میکند و ممکن است باعث ایجاد مشکل در ترکیب اپوکسی شود.
- پیشگرمایش رزین و سختکننده:
هر دو جزء را در دمای ۸۰ درجه سانتیگراد گرم کنید و هر کدام را آرام بهم بزنید.
- وزنکشی و نسبت ترکیب رزین و هاردنر:
مقدار دقیق هر جزء را در ظرف فلزی تمیز با دقت ±۱٪ از مقدار توصیهشده اندازهگیری کنید.
ظرف باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا در هنگام حذف حبابها در خلأ، مخلوط سرریز نشود. بهتر است ابتدا رزین و سپس هاردنر وزن شود.
- مخلوط کردن نهایی:
رزین و سختکننده را طبق نکات قبلی هم بزنید تا ورود هوا به حداقل برسد.
- حذف حبابهای هوا با خلأ:
مخلوط آمادهشده را درون یک محفظه خلأ مناسب قرار دهید.
فشار را بین ۱ تا ۴ میلیبار کاهش دهید و حداقل ۵ دقیقه نگه دارید. وقتی حبابهای درشت از بین رفتند، فرآیند کافی است.
هشدار : برخی هاردنرها حاوی مواد فرار هستند و ممکن است حتی پس از خروج هوای به دام افتاده، همچنان مقداری گاز آزاد کنند.
- آمادهسازی قالب:
قالب را از کوره خارج کرده و مواد جداکننده قالب (Mould Release) را روی آن اعمال کنید.
اگر ممکن است، مواد جداکننده بهصورت اسپری اعمال شود تا تمام نقاطی که دسترسی به آنها دشوار است پوشش داده شوند.
- جاسازی قطعات در قالب:
قطعاتی مانند پدهای اتصال را بهدقت درون قالب قرار دهید. دقت کنید که سطوحی که قرار است با اپوکسی پوشش داده شوند، با مواد جداکننده آلوده نشوند، چون مانع از چسبندگی اپوکسی شده و ممکن است باعث تخلیه جزئی الکتریکی (کرونا) شوند.
- بررسی دمای قالب:
قبل از ریختهگری، دمای کل قالب را دوباره چک کنید. اگر لازم بود، آن را مجدداً در دمای ۱۲۵ درجه سانتیگراد گرم کنید.
- ریختهگری ترکیب اپوکسی:
ریختن را از یک گوشه قالب شروع کنید و ادامه دهید. ماده را آهسته بریزید تا هوا به سمت بالا رانده شود و مواد را فقط از یک نقطه بریزید. ایجاد جریانهای متلاطم یا ریختن مواد روی خودش باعث ورود حبابهای زیاد به مخلوط میشود.
- حذف حبابهای نهایی در خلأ:
قالب پرشده را در محفظه خلأ قرار دهید. فشار را بین ۱ تا ۴ میلیبار کاهش دهید و ۵ دقیقه صبر کنید. اگر مواد شروع به سرریز کردند، بهصورت دورهای خلأ را آزاد کنید. این کار را تا زمانی ادامه دهید که حبابهای درشت از بین بروند.
مراحل نهایی پخت و نکات مهم در ریختهگری ترکیبات اپوکسی
- انتقال قالب به کوره پخت :
قالب را بلافاصله پس از حذف حبابهای هوا به کورهای که از قبل تا ۱۲۵ درجه سانتیگراد گرم شده است، منتقل کنید. این کار برای حفظ پروفایل ژلشدن (gellation profile) ضروری است.
نکته : قالب را روی سطوحی که گرما را جذب میکنند، مانند کف بتنی یا میز فلزی قرار ندهید! چون باعث کاهش دما شده و پروفایل ژلشدن و میزان انقباض نهایی را تغییر میدهد.
- بررسی دورهای و جبران انقباض:
در طول فرآیند پخت، قالب را بررسی کنید و در صورت نیاز، مواد بیشتری اضافه کنید تا حجم از دست رفته به دلیل انقباض جبران شود . اکثر قالبها یک مخزن اضافی (reservoir) برای این منظور دارند.
- پخت نهایی (Post Cure):
مطابق برگه مشخصات فنی مواد، پخت نهایی را انجام دهید.
نکات تخصصی برای بهبود کیفیت ریختهگری ترانسفورماتورها
- ریختهگری در شرایط خلأ برای بهترین نتیجه : قالب مونتاژ شده را در محفظه خلأ قرار دهید. در این حالت، مواد از طریق یک لوله یا شلنگ مناسب به درون قالب تزریق میشوند. پس از پر شدن کامل قالب، خلأ آزاد شده و فشار اتمسفری بر ماده اعمال میشود.
- پخت تحت فشار برای کاهش تخلیه جزئی (کرونا) : برای نتایج بهتر، ماده را تحت فشار ۸۰ PSI (معادل ۲۰ KPS) پخت کنید. اعمال فشار در مرحله ژلشدن، باعث فشرده شدن حبابهای گاز باقیمانده میشود. این کار باعث افزایش ولتاژ شروع تخلیه کرونا (Corona Inception Value – CIV) میشود.
نکات کلیدی که باید رعایت شوند :
- خشک بودن کامل سیمپیچ و هسته قبل از ریختهگری ترانسفورماتورها
این موضوع بهویژه زمانی که از مواد ضربهگیر جاذب رطوبت (مانند کاغذ) استفاده میشود، حیاتی است. دستگاه باید دمایی بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد داشته باشد تا رطوبت کاملاً تبخیر شود. (ممکن است چند ساعت طول بکشد).
- حذف لبههای تیز برای جلوگیری از ترکهای میکروسکوپی (Micro Cracks)
- نگهداری رزین و سختکننده در ظروف دربسته تا لحظه استفاده
- اطمینان از ترکیب یکنواخت مواد
- کنترل دقیق دمای پخت
هشدار : به تنظیمات کنترلکننده دمای کوره اکتفا نکنید! دما را مستقیماً درون کوره اندازهگیری کنید، زیرا بسیاری از کنترلکنندههای کوره دقت کافی ندارند.
- ریختهگری از یک نقطه ثابت و با سرعت کم
مواد باید از یک گوشه قالب به آرامی ریخته شوند تا هوا بهآرامی خارج شده و به دام نیفتد.
جریان متلاطم یا “تا شدن” مواد روی خودشان، منجر به گیر افتادن هوا میشود.
- حذف تمام هوای محبوس در مواد ریختهشده با خلأ
- حفظ پروفایل ژلشدن از طریق کنترل دقیق دما
نتیجه نهایی:
بسیاری از مشتریان ما با رعایت این فرآیندها توانستهاند سطح تخلیه الکتریکی را به حدی کاهش دهند که ترانسفورماتورهای اندازهگیری آنها استاندارد “بدون کرونا” (Corona-Free) را کسب کنند. این یک الزام مهم در اکثر کشورها است.
بهبود بیشتر با استفاده از گاز SF6 برای کاهش تخلیه الکتریکی
- کاهش بیشتر سطح تخلیه الکتریکی با استفاده از گاز SF6 هنگام ریختهگری در خلأ:
برای دستیابی به تخلیه الکتریکی (Partial Discharge) بسیار پایین، میتوان مقدار معینی گاز SF6 را هنگام ریختهگری در خلأ به فرآیند اضافه کرد. روش انجام این کار بهصورت زیر است:
- قرار دادن قالب در محفظه خلأ: قالب حاوی قطعهای که قرار است پوشش داده شود، داخل محفظه خلأ قرار داده شود.
- ایجاد خلأ روی قالب: فشار را به ۱ تا ۴ میلیبار کاهش دهید تا تمام هوای به دام افتاده خارج شود.
- اتصال کپسول گاز SF6 به دریچه خروجی خلأ: این دریچه معمولاً برای آزاد کردن خلأ پس از ریختهگری استفاده میشود.
- تزریق گاز SF6 به محفظه خلأ: دریچه خروجی خلأ را به مدت ۳۰ ثانیه باز کنید. این کار باعث میشود مقداری از خلأ کاهش یابد، اما بهجای ورود هوا، فضای داخل محفظه با SF6 پر شود. تا زمانی که فشار محفظه تا حد فشار اتمسفری افزایش نیابد، خلأ باقیمانده همچنان برای حذف حبابهای گاز در مواد ریختهشده کافی خواهد بود.
- قطع اتصال کپسول SF6 و آزاد کردن خلأ به روش معمول : پس از ورود گاز SF6، اتصال آن را از دریچه خروجی خلأ جدا کنید. در پایان فرآیند ریختهگری، از دریچه به روش معمول برای آزاد کردن خلأ و تنظیم فشار استفاده کنید.
- پر کردن قالب با مواد اپوکسی: دریچه مخزن خلأ را باز کنید و بهآرامی مواد را داخل قالب بریزید.
چرا استفاده از گاز SF6 مفید است؟ این فرآیند گاز SF6 را در جو داخل محفظه خلأ مخلوط میکند. قدرت دیالکتریک (عایق الکتریکی) باقیمانده هوا را افزایش میدهد. هوای به دام افتاده در مواد ریختهشده را بهینهسازی کرده و تخلیه الکتریکی را کاهش میدهد. اما SF6 یک گاز گرانقیمت است! برای کاهش مصرف گاز SF6، حجم محفظه خلأ را کاهش دهید. این کار را میتوان با قرار دادن مواد بیاثر (مانند صفحات اپوکسی ریختهگریشده) داخل محفظه انجام داد.
این مقاله در پلی کامپوزیت منتشر شده است. استفاده از این مطلب بدون ذکر منبع پیگرد قانونی دارد.