耐高低溫沖擊變壓器的澆注研究

王軍 李強

摘 要：因新產(chǎn)品需要，陜西黃河集團有限公司隔離變壓器澆注測試條件由高低溫循環(huán)改為高低溫沖擊，以前采用澆注料生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)高低溫沖擊試驗后全部開裂，無合格品。新改進的澆注料由柔性環(huán)氧樹脂和柔性固化劑組成，通過了-50～70 ℃條件下6個循環(huán)的高低溫沖擊試驗，采用X光射線探傷，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品表面及內(nèi)部無裂痕。經(jīng)高壓試驗、振動試驗，新的澆注產(chǎn)品均達到合格。研究結果表明，新采用的澆注體系比原澆注料具有更好的柔性和耐高低溫沖擊性，在電性能方面具有良好的穩(wěn)定性，可在以后類似的產(chǎn)品中推廣應用。

關鍵詞：高低溫沖擊;開裂;X光射線探傷

中圖分類號：TM412文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）20-0075-03

Abstract： Due to the needs of new products， the casting test conditions of isolation transformers of Huanghe Group Co.， Ltd. were changed from high and low temperature cycles to high and low temperature impacts， the products previously produced with castables all cracked after high and low temperature impact tests， and there were no qualified products. The newly improved castable was composed of flexible epoxy resin and flexible curing agent， and had passed 6 cycles of high and low temperature impact test under the condition of -50～70 ℃， X-ray flaw detection was used， and no cracks were found on the surface and inside of the product. After high-pressure test and vibration test， the new cast products have all passed the qualification. The research results show that the newly adopted casting system has better flexibility and high and low temperature impact resistance than the original casting material， and has good stability in electrical performance， which can be popularized and applied in similar products in the future.

Keywords： high and low temperature;cracking;X-ray detection

環(huán)氧樹脂（EP）是一種熱固性樹脂，具有優(yōu)異的黏接性、機械強度和電絕緣性等特點，因而廣泛應用于電子材料的澆注、封裝等方面。純環(huán)氧樹脂具有較高的交聯(lián)結構，存在質脆、易疲勞、耐熱性不夠好、抗沖擊韌性差等缺點[1]。因此，選擇改性環(huán)氧樹脂并選用活性硅微粉[2]共混，可以得到熱膨脹系數(shù)小、固化收縮率好、耐高低溫沖擊性好的灌封材料。

環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器是一種最為廣泛的干式變壓器，其繞組表面由高質量的防護材料組成，形成了覆蓋層。即使在有塵埃、潮濕等惡劣環(huán)境條件下，澆注的絕緣干式變壓器都不會受到影響。樹脂澆注干式變壓器的工藝特點是必須依靠模具并采用專用澆注設備，在真空狀態(tài)下使線圈澆注成型。其分為有填料樹脂澆注和無填料樹脂澆注兩種類型。

本研究主要以活性硅微粉為填料，采用韌性環(huán)氧樹脂為基體澆注變壓器，對澆注后變壓器的耐高低溫沖擊性及膠體的電性能[3]進行分析。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

9017環(huán)氧樹脂，西安金英電工材料有限公司;DGH-600懸浮硅微粉，西安金英電工材料有限公司;101復合固化劑，自制。

1.2 試驗儀器

溫度沖擊箱，TSG5055W，廣州五所環(huán)境儀器有限公司;X射線實時成像檢測系統(tǒng)，丹東華日理學電氣股份有限公司;CS2674-100型高壓試驗臺;電動振動臺，DCS-3200-09，蘇州試驗儀器總廠;電熱鼓風干燥箱，HG101-4，南京試驗儀器廠;真空環(huán)氧澆注罐，2001Y34-R，沈陽東基集團有限公司;強力電動攪拌機，JB200-D型，上海標本模型廠;高壓擊穿裝置，自制;ZC43超高阻計，上海第六電表廠;QBG-3型高頻Q表，上海無線電儀器廠;溫度計。

1.3 試制產(chǎn)品的制備

將要灌封的變壓器工件裝入準備好的模具中，并用有機硅密封膠進行密封處理;常溫環(huán)境下，待密封膠初步凝固后，將該模具整體放入60 ℃烘箱中備用;將稱量好的7.80 kg懸浮硅微粉放入120 ℃烘箱中預烘6 h備用。

將稱量好的3.70 kg 9017環(huán)氧樹脂與2.59 kg 101復合固化劑依次放入攪拌桶內(nèi)混合，在常溫條件下攪拌15 min;將預熱好的硅微粉緩慢加入攪拌桶內(nèi)，邊加入邊攪拌，用溫度計觀察，使其溫度保持在35～40 ℃，持續(xù)攪拌45 min;攪拌結束后，將混合物料置于55 ℃真空環(huán)氧澆注罐中進行脫泡，直至無大氣泡產(chǎn)生;將脫泡后的物料勻速緩慢地加入預熱好的模具中，澆注至合適高度;將澆注好的模具放入真空罐中進行二次脫泡;待脫泡結束后，將模具放入70 ℃烘箱中進行固化，固化10 h后關閉烘箱并隨爐冷卻至50 ℃以下脫模。

1.4 測定或表征

一是高壓測試，采用試驗電壓初級對地為直流2 kV，次級對初級和地為直流35 kV，加壓時間持續(xù)1 min。二是X射線探傷測試，采用X射線照相技術對變壓器澆注結構進行不同角度的無損檢測。三是振動測試，按《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第16部分：振動試驗》（GJB 150.16A—2009）進行測定。四是耐高低溫沖擊測試，采用高低溫沖擊試驗箱測試澆注變壓器的耐高低溫沖擊性能，在-50～+70 ℃循環(huán)6次，每個溫度段停留1 h。五是電性能測試，介電常數(shù)和介質損耗正切按《測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波波長存內(nèi)）下電容率和介質損耗因數(shù)的推薦方法》（GB/T 1409—2006）進行測定;擊穿強度按《絕緣材料 電氣強度試驗方法 第1部分：工頻下試驗》（GB/T 1408.1—2016）進行測定;表面電阻和體積電阻按《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法》（GB/T 1410—2006）進行測定。

2 結果與討論

本研究主要討論了以下內(nèi)容：因新產(chǎn)品需要，隔離變壓器測試條件由高低溫循環(huán)改為高低溫沖擊后，新的澆注材料是否合格。針對澆注好的變壓器，先進行高壓測試和X射線探傷測試，確認產(chǎn)品符合要求。根據(jù)新的技術要求，經(jīng)過-50～+70 ℃循環(huán)6次高低溫沖擊試驗后，再次對產(chǎn)品進行振動測試、X射線探傷測試及高壓測試，檢測新的澆注產(chǎn)品在高低溫沖擊試驗后能否達到合格要求。

2.1 高低溫沖擊試驗對產(chǎn)品的測試

大多數(shù)環(huán)氧樹脂存在灌封固化后耐高低溫沖擊性差和低溫易開裂等問題[4]，不僅決定灌封過程是否容易進行，還是決定材料力學性能和電性能的主要因素。本試驗選擇的9017環(huán)氧樹脂是一種低黏度韌性環(huán)氧樹脂。它不但是耐高低溫沖擊的絕緣灌封材料的骨架，而且是耐高溫材料的載體。因而，為了提高固化后膠體的耐高溫性能，本研究選擇向基體樹脂中加入耐高溫填料DGH-600活性硅微粉，其與環(huán)氧樹脂灌封膠體系有更好的相容性，從而提高該灌封材料的耐高溫性能。

本試驗按照產(chǎn)品技術要求，在-50～+70 ℃循環(huán)6次，升降溫速率為24 ℃/min，每個溫度段停留1 h的條件下，進行高低溫沖擊應力篩選試驗。試驗結束后，通過觀察，發(fā)現(xiàn)變壓器低溫不開裂，高溫不變形。

2.2 振動試驗對產(chǎn)品的測試

在裝配制造和驗收過程中，試件都會經(jīng)歷振動環(huán)境。假定要進行環(huán)境試驗的試件與要交付的產(chǎn)品在制造和驗收過程上相同，這樣試件在試驗前與產(chǎn)品交付前累積了同樣的損傷，環(huán)境試驗才可驗證交付產(chǎn)品的外場壽命。為了提高產(chǎn)品的可靠性，人們需要通過振動試驗來暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，改進產(chǎn)品設計，使產(chǎn)品在運輸使用的過程中不出或者少出故障。這是振動試驗的最終目的。目前，最常用的振動試驗形式是正弦振動和隨機振動。

試驗選用的是DCS-3200-09電動振動臺，臺面尺寸位1.0 m×1.0 m，最大有效負載為0.6 t，頻率范圍為5～2 200 Hz。變壓器按照《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第16部分：振動試驗》（GJB 150.16A—2009）中的試驗條件、試驗方法和試驗剖面進行振動試驗。

2.3 X射線探傷對產(chǎn)品的測試

X射線穿透工件時，由于射線與物質的相互作用，發(fā)生吸收與散射衰減，衰減程度與工件密度和厚度有關。當工件內(nèi)部存在缺陷時，由于缺陷與母材的密度不同，對射線的衰減作用不同，因此，射線穿透工件后的強度不同，人們據(jù)此即可判斷工件內(nèi)部缺陷情況[5]。工業(yè)上采用的主要方法有射線照像法、熒光屏觀察法、工業(yè)X射線電視法和電離檢測法。本試驗主要采用X射線照像法。

射線照像法是一種將膠片置于被檢測工件后面，利用穿透工件后強度不同的射線使膠片感光，得到黑度不同的底片，以此來評判工件內(nèi)部缺陷的探傷方法。

根據(jù)以上X射線無損檢測原理，對變壓器澆注結構內(nèi)部進行了不同角度的無損檢測。通過觀察X射線照片，變壓器澆注結構區(qū)域圖像清晰，均勻，無開裂、氣泡等缺陷。

2.4 通過高壓試驗對產(chǎn)品的測試

本試驗按照產(chǎn)品技術要求，采用試驗電壓初級對地為直流2 kV，次級對初級和地為直流35 kV，加壓時間持續(xù)1 min。試驗結果表明，經(jīng)過高低溫沖擊試驗和振動試驗后的變壓器達到了產(chǎn)品高壓技術要求，質量合格。

2.5 固化后膠體的電性能測試

固化后膠體的各項電性能如表1所示。

3 結語

采用的改性環(huán)氧樹脂和活性硅微粉制備的灌封膠具有良好的耐高低溫沖擊性，填補了高低溫沖擊對變壓器灌封這方面的空白，可試用并推廣到耐溫方面有嚴格要求的變壓器中。該灌封膠易于操作，具有良好的電性能，可用于電子元器件等的灌封。

參考文獻：

[1]趙玉順.環(huán)氧樹脂電力、電子封裝材料的制備及其性能研究[D].重慶：重慶大學，2007.

[2]崔向紅.耐高低溫環(huán)氧樹脂灌封膠的制備[J].化學工程師，2012（11）：70-71.

[3]彭永利，黃志雄.雙馬來酰亞胺/環(huán)氧樹脂的電性能研究[J].武漢化工學院學報，2001（3）：43-45.

[4]王穎，周春燕.耐高低溫沖擊的絕緣灌封材料[J].電子工藝技術，2013（2）：110-113.

[5]沈振，肖艱.X射線無損檢測技術在鋁塑復合管中的應用[J].塑料科技，2011（2）：87-89.