树脂绝缘互感器制造工艺培训资料

1、1 / 38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

2、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

3、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

4、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 蒸汽会使铁心及金属件生锈。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

5、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。2 / 381.3.1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

6、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

7、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

8、 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

9、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，真空脱气需达到要求时间。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

10、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3 / 38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

11、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。

12、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

13、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 1600C ，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

14、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4 / 38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

15、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

16、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。3.1.1铸铝合金模具铝和稀有金属钛的合金具有密度大， 硬度高， 重量轻的特点， 适合于做成 铸造成型的环氧树脂浇注模具， 尤其是35kV及以上的体积大的互感器浇注模具。 欧美国家大多采用这种模具。3.1.2钢板模具用中碳钢板制造的模具也具有机械强度高， 表面加工光洁度高的特点， 是 我国目前使用很普遍的一种型式的模具。 钢板模具分为冷拉成形结构、 拼块镶装 结构和焊接成形结构。a)拼块钢板模具，钢板厚，拆件多，重量大。但拆、装模方便。是采用最多 的一种模具结构。b)拉伸钢板模具，钢板薄，模具尺寸

17、小，重量轻，适用于批量模具生产。c)焊接钢板模具，虽然组合件少，但笨重，使用较少。3.1.3铸铝合金环氧树脂复合模具a)采用普通硅、镁、铝合金材料铸造成环氧树脂浇注成型模具 ，具有造 价低，重量轻的优点。但是其密度小，硬度低。模具内表面容易出气孔，容易受 损。b)为了充分利用硅镁铝合金模具的优点， 克服其缺点， 以硅镁铝合金模具为 主体，内表面上浇注(须粘合)一层环氧树脂，固化后稍加修整，不必加工，即 可得到光洁的内表面。如果用热变形温度高、 硬度高， 若以铝粉做填料的酯环族 环氧树脂浇注在内表面，效果更佳。c)在硅镁铝合金模具内表面喷一层聚四氟乙烯硬膜。聚四氟乙烯硬膜密度 大，硬度高，表面光

18、洁度高。3.2成形胎具和各种测量尺寸的塞规、固定位置的卡板3.2.1成形胎具a)电流互感器： 一次绕组， 有不同尺寸的成形胎具； 如果一次导线穿过环形 二次绕组绕成一次绕组， 需要有考虑存在二次绕组时的一次绕线胎； 一次绕组包 扎完缓冲层和屏蔽层，往往产生变形，应用胎具进行整形，以保证装人模具后， 尺寸准确，也需要胎具。b)大电流电流互感器的焊接一次绕组，焊接件之间应用胎具保证其尺寸和 角度准确。3.2.2测量尺寸的塞规a)电流互感器和电压互感器的器身装入模具时均需要控制一、 二次绕组之间 的绝缘间隙、二次绕组到模具的间隙。 须用塞规进行实际测量， 应不小于要求的 某个最小距离。5 / 383

19、.2.3固定位置的卡板a)电流互感器： 支持式电流互感器在绕制一次绕组及器身组装时， 应用卡板固定住P1、P2端子，保证两个端子的正确位置及两个端子孔之间的距离。b)电压互感器： 不接地电压互感器在器身组装时， 应用卡板固定住两个一次引线端子A、B,保证其高度及它们之间的距离。4浇注设备根据要求, 环氧树脂浇注工艺过程中需要有, 真空脱气设备, 真空浇注设 备和加热固化设备。这些设备可以单独运行；也可以连接起来形成生产线。4.1真空脱气搅拌罐真空脱气搅拌罐应具备：加热到要求的温度（600C800C ）,真空残压不大于50Pa,可以搅拌混合料， 三个条件。 将各种材料组份分别放入真空脱气 罐内真

20、空脱气，必须混合均匀，脱净气体方可进行浇注。根据搅拌器的结构不同， 真空脱气罐可以是薄膜脱气， 也可以是锚式脱气。 锚式脱气罐脱气效果差， 脱气需要的时间长。 薄膜脱气罐脱气效果好， 脱气时间 短。混合料脱气过程有两种方法：第一种方法，除促进剂和部分增韧剂以外， 其他材料放入真空脱气罐， 经真空脱气合格后， 再将增韧剂和促进剂的混合料在 真空状态下放入真空脱气罐进行搅拌脱气，必须在很短的时间内进行真空浇注。 第二种方法： 预先将按比例配置好的环氧树脂和硅微粉， 放入预混罐进行充分混 合脱气处理，待用。同时将按比例配置好的液体固化剂、硅微粉和颜色糊，放入 另一预混罐进行充分混合脱气处理， 待用。浇注时， 按比例把两个预混罐中料放 入总真空脱气罐中， 经过短时间混合搅拌， 再将增韧剂和促进剂的混合料在真空 状态下放入总真空脱气罐进行搅拌脱气，必须在很短的时间内进行真空浇注。以上第二种混合料脱气方法，适合互感器生产量很大的情况，节省时间， 生产效率高。 预混罐容积大， 可以预混出一天浇注需要的总量， 每浇注一次放出 一部分