耐高低温冲击变压器的浇注研究

王军 李强

摘 要：因新产品需要，陕西黄河集团有限公司隔离变压器浇注测试条件由高低温循环改为高低温冲击，以前采用浇注料生产的产品经高低温冲击试验后全部开裂，无合格品。新改进的浇注料由柔性环氧树脂和柔性固化剂组成，通过了-50～70 ℃条件下6个循环的高低温冲击试验，采用X光射线探伤，发现产品表面及内部无裂痕。经高压试验、振动试验，新的浇注产品均达到合格。研究结果表明，新采用的浇注体系比原浇注料具有更好的柔性和耐高低温冲击性，在电性能方面具有良好的稳定性，可在以后类似的产品中推广应用。

关键词：高低温冲击;开裂;X光射线探伤

中图分类号：TM412文献标识码：A文章编号：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

环氧树脂（EP）是一种热固性树脂，具有优异的黏接性、机械强度和电绝缘性等特点，因而广泛应用于电子材料的浇注、封装等方面。纯环氧树脂具有较高的交联结构，存在质脆、易疲劳、耐热性不够好、抗冲击韧性差等缺点[1]。因此，选择改性环氧树脂并选用活性硅微粉[2]共混，可以得到热膨胀系数小、固化收缩率好、耐高低温冲击性好的灌封材料。

环氧树脂浇注干式变压器是一种最为广泛的干式变压器，其绕组表面由高质量的防护材料组成，形成了覆盖层。即使在有尘埃、潮湿等恶劣环境条件下，浇注的绝缘干式变压器都不会受到影响。树脂浇注干式变压器的工艺特点是必须依靠模具并采用专用浇注设备，在真空状态下使线圈浇注成型。其分为有填料树脂浇注和无填料树脂浇注两种类型。

本研究主要以活性硅微粉为填料，采用韧性环氧树脂为基体浇注变压器，对浇注后变压器的耐高低温冲击性及胶体的电性能[3]进行分析。

1 试验部分

1.1 試验原料

9017环氧树脂，西安金英电工材料有限公司;DGH-600悬浮硅微粉，西安金英电工材料有限公司;101复合固化剂，自制。

1.2 试验仪器

温度冲击箱，TSG5055W，广州五所环境仪器有限公司;X射线实时成像检测系统，丹东华日理学电气股份有限公司;CS2674-100型高压试验台;电动振动台，DCS-3200-09，苏州试验仪器总厂;电热鼓风干燥箱，HG101-4，南京试验仪器厂;真空环氧浇注罐，2001Y34-R，沈阳东基集团有限公司;强力电动搅拌机，JB200-D型，上海标本模型厂;高压击穿装置，自制;ZC43超高阻计，上海第六电表厂;QBG-3型高频Q表，上海无线电仪器厂;温度计。

1.3 试制产品的制备

将要灌封的变压器工件装入准备好的模具中，并用有机硅密封胶进行密封处理;常温环境下，待密封胶初步凝固后，将该模具整体放入60 ℃烘箱中备用;将称量好的7.80 kg悬浮硅微粉放入120 ℃烘箱中预烘6 h备用。

将称量好的3.70 kg 9017环氧树脂与2.59 kg 101复合固化剂依次放入搅拌桶内混合，在常温条件下搅拌15 min;将预热好的硅微粉缓慢加入搅拌桶内，边加入边搅拌，用温度计观察，使其温度保持在35～40 ℃，持续搅拌45 min;搅拌结束后，将混合物料置于55 ℃真空环氧浇注罐中进行脱泡，直至无大气泡产生;将脱泡后的物料匀速缓慢地加入预热好的模具中，浇注至合适高度;将浇注好的模具放入真空罐中进行二次脱泡;待脱泡结束后，将模具放入70 ℃烘箱中进行固化，固化10 h后关闭烘箱并随炉冷却至50 ℃以下脱模。

1.4 测定或表征

一是高压测试，采用试验电压初级对地为直流2 kV，次级对初级和地为直流35 kV，加压时间持续1 min。二是X射线探伤测试，采用X射线照相技术对变压器浇注结构进行不同角度的无损检测。三是振动测试，按《军用装备实验室环境试验方法 第16部分：振动试验》（GJB 150.16A—2009）进行测定。四是耐高低温冲击测试，采用高低温冲击试验箱测试浇注变压器的耐高低温冲击性能，在-50～+70 ℃循环6次，每个温度段停留1 h。五是电性能测试，介电常数和介质损耗正切按《测量电气绝缘材料在工频、音频、高频（包括米波波长存内）下电容率和介质损耗因数的推荐方法》（GB/T 1409—2006）进行测定;击穿强度按《绝缘材料 电气强度试验方法 第1部分：工频下试验》（GB/T 1408.1—2016）进行测定;表面电阻和体积电阻按《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》（GB/T 1410—2006）进行测定。

2 结果与讨论

本研究主要讨论了以下内容：因新产品需要，隔离变压器测试条件由高低温循环改为高低温冲击后，新的浇注材料是否合格。针对浇注好的变压器，先进行高压测试和X射线探伤测试，确认产品符合要求。根据新的技术要求，经过-50～+70 ℃循环6次高低温冲击试验后，再次对产品进行振动测试、X射线探伤测试及高压测试，检测新的浇注产品在高低温冲击试验后能否达到合格要求。

2.1 高低温冲击试验对产品的测试

大多数环氧树脂存在灌封固化后耐高低温冲击性差和低温易开裂等问题[4]，不仅决定灌封过程是否容易进行，还是决定材料力学性能和电性能的主要因素。本试验选择的9017环氧树脂是一种低黏度韧性环氧树脂。它不但是耐高低温冲击的绝缘灌封材料的骨架，而且是耐高温材料的载体。因而，为了提高固化后胶体的耐高温性能，本研究选择向基体树脂中加入耐高温填料DGH-600活性硅微粉，其与环氧树脂灌封膠体系有更好的相容性，从而提高该灌封材料的耐高温性能。

本试验按照产品技术要求，在-50～+70 ℃循环6次，升降温速率为24 ℃/min，每个温度段停留1 h的条件下，进行高低温冲击应力筛选试验。试验结束后，通过观察，发现变压器低温不开裂，高温不变形。

2.2 振动试验对产品的测试

在装配制造和验收过程中，试件都会经历振动环境。假定要进行环境试验的试件与要交付的产品在制造和验收过程上相同，这样试件在试验前与产品交付前累积了同样的损伤，环境试验才可验证交付产品的外场寿命。为了提高产品的可靠性，人们需要通过振动试验来暴露产品的薄弱环节，改进产品设计，使产品在运输使用的过程中不出或者少出故障。这是振动试验的最终目的。目前，最常用的振动试验形式是正弦振动和随机振动。

试验选用的是DCS-3200-09电动振动台，台面尺寸位1.0 m×1.0 m，最大有效负载为0.6 t，频率范围为5～2 200 Hz。变压器按照《军用装备实验室环境试验方法 第16部分：振动试验》（GJB 150.16A—2009）中的试验条件、试验方法和试验剖面进行振动试验。

2.3 X射线探伤对产品的测试

X射线穿透工件时，由于射线与物质的相互作用，发生吸收与散射衰减，衰减程度与工件密度和厚度有关。当工件内部存在缺陷时，由于缺陷与母材的密度不同，对射线的衰减作用不同，因此，射线穿透工件后的强度不同，人们据此即可判断工件内部缺陷情况[5]。工业上采用的主要方法有射线照像法、荧光屏观察法、工业X射线电视法和电离检测法。本试验主要采用X射线照像法。

射线照像法是一种将胶片置于被检测工件后面，利用穿透工件后强度不同的射线使胶片感光，得到黑度不同的底片，以此来评判工件内部缺陷的探伤方法。

根据以上X射线无损检测原理，对变压器浇注结构内部进行了不同角度的无损检测。通过观察X射线照片，变压器浇注结构区域图像清晰，均匀，无开裂、气泡等缺陷。

2.4 通过高压试验对产品的测试

本试验按照产品技术要求，采用试验电压初级对地为直流2 kV，次级对初级和地为直流35 kV，加压时间持续1 min。试验结果表明，经过高低温冲击试验和振动试验后的变压器达到了产品高压技术要求，质量合格。

2.5 固化后胶体的电性能测试

固化后胶体的各项电性能如表1所示。

3 结语

采用的改性环氧树脂和活性硅微粉制备的灌封胶具有良好的耐高低温冲击性，填补了高低温冲击对变压器灌封这方面的空白，可试用并推广到耐温方面有严格要求的变压器中。该灌封胶易于操作，具有良好的电性能，可用于电子元器件等的灌封。

参考文献：

[1]赵玉顺.环氧树脂电力、电子封装材料的制备及其性能研究[D].重庆：重庆大学，2007.

[2]崔向红.耐高低温环氧树脂灌封胶的制备[J].化学工程师，2012（11）：70-71.

[3]彭永利，黄志雄.双马来酰亚胺/环氧树脂的电性能研究[J].武汉化工学院学报，2001（3）：43-45.

[4]王颖，周春燕.耐高低温冲击的绝缘灌封材料[J].电子工艺技术，2013（2）：110-113.

[5]沈振，肖艰.X射线无损检测技术在铝塑复合管中的应用[J].塑料科技，2011（2）：87-89.