互感器(尤其是高电压等级的电流互感器和电压互感器)在真空条件下浇注环氧树脂或其他专用树脂,是其制造过程中至关重要且不可或缺的核心工艺。这么做主要是为了解决以下几个关键问题,确保产品的长期可靠性和高性能:
真空浇注的根本目的,是为了制造一个完全致密、无任何气泡、无分层、完全浸渍的固体绝缘体。任何微小的内部缺陷,在长期高电场作用下都是致命的。
1. 消除气泡,防止局部放电
问题产生:树脂在常压下混合和浇注时,会裹入大量空气。树脂本身也可能含有微量挥发性气体。这些气泡(即使是微观的)被困在固化后的绝缘体内。
风险:在高压电场下,气泡内部的介电强度远低于固体树脂。电场在气泡处会畸变、集中,导致气泡内部首先发生局部放电。长期的局部放电会持续侵蚀绝缘材料,产生导电碳化通道,最终引发绝缘整体击穿。
真空解决:在真空环境下,混合好的树脂被剧烈搅拌脱气,浇注时环境压力极低,材料中溶解的和卷入的气体会被强制抽出并排走,从而在固化前基本消除气泡源。
2. 确保完全浸渍,避免“干点”
问题产生:互感器内部结构复杂,包含线圈、铁芯、多层绝缘纸等。在常压下,黏稠的树脂很难完全渗透到所有微小的缝隙、层间和匝间。
风险:未被树脂浸渍到的区域称为“干点”。这些区域存在空气间隙,同样会导致局部放电和电场集中,是绝缘的薄弱点。
真空解决:真空环境不仅对树脂脱气,也对整个待浇注的互感器器身(预热后)进行抽真空。器身内部的空气被抽出,形成负压。当树脂在真空下注入时,在外界大气压(或加压)和内部负压的共同作用下,树脂会被“压”入并“吸”入每一个细微的角落,实现完美浸渍。
3. 减少分层和裂纹,提高机械与电气强度
问题产生:如果树脂中含有气泡或浸渍不完全,固化后这些位置会成为内应力集中点。在温度变化(运行发热、环境冷热循环)或机械震动下,容易从这些缺陷处产生微裂纹或分层。
风险:裂纹和分层会进一步扩大,形成更大的气隙或爬电路径,急剧降低绝缘性能。
真空解决:致密、均匀的固化体内部应力分布更均匀,热膨胀系数更一致,机械强度更高,抗开裂和抗热冲击能力大大增强。
4. 改善树脂性能,提高导热性
问题产生:气泡是热的不良导体。
风险:互感器运行中,线圈的电阻损耗和铁芯的磁滞涡流损耗会产生热量。如果绝缘体内存在气泡,会阻碍热量向外部散发,导致内部温度升高,加速绝缘老化。
真空解决:无气泡的致密树脂导热性更好,有利于散热,降低运行温度,延长产品寿命。
5. 保证外观和产品质量一致性
真空浇注出的产品外观光滑、无表面气泡和缺陷。这对于高价值、高可靠性的电力设备至关重要,也是产品质量控制的重要标志。
可以想象一下“给一块复杂的海绵染透色”:
常压浇注:像把黏稠的蜂蜜倒在海绵上,表面可能被覆盖,但内部很多地方还是干的(有气孔)。
真空浇注:先把海绵(器身)放在真空袋里抽走所有空气,海绵孔隙变成真空状态,然后再注入蜂蜜。由于压力差,蜂蜜会被强力吸入海绵的每一个细胞,实现完全、彻底的浸透。
对于高压互感器,其绝缘系统就是它的“生命”。真空浇注环氧树脂工艺,是以可控的工艺成本,换取产品极高的绝缘可靠性和超长使用寿命的核心技术手段。它直接决定了产品能否承受数十年的高电场、热循环和机械应力,是高压电气设备制造中的一项关键工艺。