ट्रांसफार्मर की आंतरिक इन्सुलेशन विफलता हमेशा ट्रांसफार्मर के लिए सबसे गंभीर और महंगी समस्या होती है। आधुनिक पावर ग्रिडों का उच्च शॉर्ट-सर्किट बल स्तर इन्सुलेशन टूटने के बाद ट्रांसफार्मर को गंभीर नुकसान पहुंचा सकता है। लेकिन बाद में होने वाले नुकसान, जैसे बड़े जनरेटरों की बिजली पैदा करना जारी रखने में असमर्थता, अक्सर अधिक गंभीर होते हैं और ट्रांसफार्मर को होने वाले नुकसान की तुलना में अधिक प्रभाव डालते हैं।
बिजली की मांग में लगातार वृद्धि के कारण जनरेटर के आकार में वृद्धि हुई है और ट्रांसमिशन वोल्टेज में वृद्धि हुई है। संबंधित आवश्यकताओं के लिए आवश्यक है कि सिंक्रनाइज़ेशन बनाए रखने के लिए ट्रांसफार्मर की रेटेड क्षमता और वोल्टेज को भी लगातार बढ़ाया जाना चाहिए। इसलिए, 1950 के दशक से, ट्रांसफार्मर के लिए भौतिक आयाम और परिवहन भार की एक सीमित सीमा रही है। तब से, ट्रांसफार्मर की रेटेड वोल्टेज और क्षमता बढ़ रही है, लेकिन उनकी बाहरी सीमा से अधिक नहीं हुई है, जो पूरी तरह से आंतरिक इन्सुलेशन आयामों के बेहतर उपयोग के लिए जिम्मेदार है (परिमित तत्व विधि का उपयोग इन्सुलेशन में ढांकता हुआ तनाव के वितरण का बेहतर विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है)। इन्सुलेशन का एक महत्वपूर्ण पहलू ट्रांसफार्मर का जीवनकाल है, जो लगभग पूरी तरह से इन्सुलेशन संरचना और स्थिति पर निर्भर है। ट्रांसफार्मर को 40 साल या उससे अधिक के जीवनकाल के लिए अनुकूलित करने में सक्षम होना चाहिए, जो यह बता सकता है कि ट्रांसफार्मर पर प्रभाव परीक्षण, संचालन ओवरवॉल्टेज और आंशिक डिस्चार्ज माप पर जोर क्यों बढ़ रहा है। दूसरी ओर, वितरण ट्रांसफार्मर छोटे कर दिए गए हैं, और निर्माताओं के बीच मूल्य प्रतिस्पर्धा तेजी से भयंकर होती जा रही है। इन्सुलेशन सामग्री और विशेष इन्सुलेशन घटकों के उत्पादन में सुधार और नवाचारों के कारण, महत्वपूर्ण लागत बचत हासिल की गई है।
आधुनिक ट्रांसफार्मर लगभग सभी तेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मर होते हैं, लेकिन शुरुआती ट्रांसफार्मर में एस्बेस्टस, कपास और निम्न ग्रेड पेपर प्रेशर प्लेटों का उपयोग किया जाता था, जिसका बाहरी माध्यम हवा होता था। 20वीं सदी में, इंप्रेग्नेटेड इंसुलेटिंग पेपर के उपयोग ने महत्वपूर्ण तकनीकी प्रगति को चिह्नित किया। हालाँकि, यह जल्द ही पता चला कि वायु और संसेचित इन्सुलेशन पेपर नव विकसित तेल डूबे हुए ट्रांसफार्मर की थर्मल क्षमता आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है। इन नए ट्रांसफार्मरों को क्राफ्ट पेपर और पेपर प्रेशर प्लेटों से इंसुलेट किया गया था, और 1915 के आसपास, फेनोलिक राल के साथ लगाए गए क्राफ्ट पेपर रोल से बने इंसुलेशन सिलेंडर जोड़े गए थे। यह इन्सुलेशन सामग्री आमतौर पर सिंथेटिक राल चिपकने वाला कागज है, जिसका उपयोग 1960 के दशक से पहले अधिकांश ट्रांसफार्मर में किया जाता था और आज भी ट्रांसफार्मर में इसके विभिन्न उपयोग हैं। इसका उपयोग आमतौर पर कम विद्युत क्षेत्र शक्ति लेकिन उच्च यांत्रिक शक्ति वाले क्षेत्रों में किया जाता है।
1. क्राफ्ट पेपर
कागज को सबसे सस्ता और सर्वोत्तम विद्युत इन्सुलेशन सामग्री के रूप में जाना जाता है। विद्युत इन्सुलेशन पेपर को कुछ भौतिक और रासायनिक मानकों के साथ-साथ विद्युत प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। सामान्यतया, विद्युत प्रदर्शन कागज के भौतिक और रासायनिक गुणों पर निर्भर करता है। कागज के महत्वपूर्ण विद्युत गुण इस प्रकार हैं: इसमें उच्च ढांकता हुआ ताकत है; तेल में डूबे इंसुलेशन पेपर का ढांकता हुआ स्थिरांक तेल के ढांकता हुआ स्थिरांक के करीब है; कम शक्ति कारक (ढांकता हुआ नुकसान); इसमें प्रवाहकीय कण नहीं होते हैं।
क्राफ्ट पेपर का ढांकता हुआ स्थिरांक लगभग 4.4 है, और ट्रांसफार्मर तेल का ढांकता हुआ स्थिरांक लगभग 2.2 है। विभिन्न सामग्रियों से बनी इन्सुलेशन प्रणालियों में, प्रत्येक सामग्री द्वारा वहन की जाने वाली क्षेत्र की ताकत उसके ढांकता हुआ स्थिरांक के व्युत्क्रमानुपाती होती है। उदाहरण के लिए, एक ट्रांसफार्मर में उच्च {{3}वोल्टेज से निम्न {{4}वोल्टेज इन्सुलेशन प्रणाली में, तेल में क्षेत्र की ताकत कागज (या पेपर प्रेशर प्लेट) की तुलना में दोगुनी होगी। ट्रांसफार्मर डिजाइनरों को उम्मीद है कि कागज का ढांकता हुआ स्थिरांक तेल के ढांकता हुआ स्थिरांक के करीब है, ताकि दोनों द्वारा वहन की जाने वाली क्षेत्र की ताकत भी करीब हो।
क्राफ्ट पेपर सल्फेट से उपचारित बिना प्रक्षालित मुलायम लकड़ी के गूदे से बनाया जाता है; ब्लीचिंग न करने का कारण यह है कि उसे डर है कि अवशिष्ट ब्लीचिंग एजेंट उसके विद्युत प्रदर्शन को खतरे में डाल देगा। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप कागज में अवशिष्ट कमजोर क्षारीय पदार्थ होते हैं जिनका पीएच मान 7{2}}9 होता है, जो आमतौर पर समाचार पत्र के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले कम लागत वाले सल्फाइट उपचार से भिन्न होता है, जो एक अम्लीय गूदा पैदा करता है। एसिड सामग्री से लंबी श्रृंखला वाले फाइबर अणुओं का तेजी से क्षरण होगा, जिसके परिणामस्वरूप यांत्रिक शक्ति में विद्युत इन्सुलेशन के रूप में अस्वीकार्य स्तर तक कमी आएगी।
लॉग को पहले स्कैंडिनेविया, रूस या कनाडा के उनके उत्पादन क्षेत्रों में सिलिकॉन कार्बाइड या इसी तरह के पीसने वाले पहियों का उपयोग करके टुकड़ों में पीस दिया गया था। रासायनिक सल्फेट उपचार लकड़ी के अधिकांश अन्य घटकों को खत्म कर सकता है। उदाहरण के लिए, लिग्निन, कार्बोहाइड्रेट, पैराफिन, आदि, अंत में केवल सेलूलोज़ छोड़ते हैं। सेलूलोज़ पानी में फैल जाता है और पानी निकल जाने के बाद लकड़ी के गूदे की एक परत छोड़ जाता है। इस स्तर पर, सूखी लकड़ी की लुगदी को विशेष पेपर मिलों में भेजा जा सकता है।
इन्सुलेशन सामग्री निर्माताओं द्वारा उपयोग की जाने वाली कागज बनाने की प्रक्रियाएं अलग-अलग होती हैं, और यहां तक कि विशेष कागज बनाने वाली कार्यशालाओं में भी, उनकी प्रसंस्करण विधियां तैयार उत्पाद के लिए आवश्यक विशेषताओं पर निर्भर करती हैं। निम्नलिखित यूके में एक विशेष उच्च गुणवत्ता वाले पेपर प्रेशर बोर्ड कारखाने की उत्पादन प्रक्रिया का एक सिंहावलोकन है, जिसमें से आप इस प्रक्रिया में शामिल कुछ सामग्रियों को देख सकते हैं। जैसा कि नाम से पता चलता है, पेपर प्रेशर प्लेटें अपना घनत्व बढ़ा सकती हैं, सतह की खुरदरापन में सुधार कर सकती हैं और विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान कुछ संपीड़न के माध्यम से यांत्रिक शक्ति बढ़ा सकती हैं। पेपर प्रेशर बोर्ड का उत्पादन एक सतत प्रक्रिया है, जिसमें कागज को घूमते हुए महीन जाली वाले रोलर पर बनाया जाता है और कागज की कई परतों को मोटी शीट में बनाया जाता है। दूसरी सरल प्रक्रिया बिना किसी गठन या रोलिंग उपचार के क्षैतिज जाल टेबल पर कार्डबोर्ड की एकल शीट का उत्पादन करना है, लेकिन जैसा कि अपेक्षित था, विनिर्माण प्रक्रिया जितनी अधिक जटिल होगी, परिणामी कार्डबोर्ड की गुणवत्ता उतनी ही अधिक विश्वसनीय और स्थिर होगी।
पूरी प्रक्रिया पुनः पिटाई से शुरू होती है। सूखी लुगदी कागज के बंडलों को बड़ी मात्रा में पानी में फेंकने का उद्देश्य सूखी लुगदी उत्पादन चरण के दौरान इसमें बचे सभी रासायनिक पदार्थों को खत्म करना है। व्यक्तिगत रेशों को नम अवस्था में संपीड़ित और परिष्कृत करने की आवश्यकता होती है ताकि उनका अधिक सतह क्षेत्र पानी के संपर्क में आ सके। कागज या कार्डबोर्ड की ताकत मुख्य रूप से तंतुओं के बीच संबंध बल द्वारा निर्धारित होती है, और तंतुओं की तनाव स्थिति उनकी ताकत सीमा से बहुत कम होती है। इन भौतिक और रासायनिक बंधनकारी बलों को "हाइड्रोजन बांड" कहा जाता है और ये सेलूलोज़ अणुओं के बीच बनते हैं। वे मुख्य रूप से शुद्धिकरण प्रक्रिया के रूप और डिग्री से प्रभावित होते हैं।
फ़ाइबरों को इस तरह से शुद्ध किया जाता है और फिर अधिक पानी के साथ मिलाया जाता है, और छोटे फ़ाइबर गांठों को खत्म करने के लिए गहरे शुद्धिकरण के लिए एक बहु - चरण केन्द्रापसारक पृथक्करण उपकरण का उपयोग किया जाता है जिसे पूरी तरह से तोड़ा नहीं जा सकता है या बन सकता है। शुद्ध किये गये रेशों को और अधिक शुद्ध किया जा सकता है। पृथक्करण विदेशी पदार्थों को भी समाप्त कर सकता है, जैसे कि शुद्धिकरण प्रक्रिया द्वारा लाए गए धातु के कण। फिर, फाइबर और पानी का मिश्रण एक विस्तृत घूर्णन बेलनाकार फिल्टर स्क्रीन में प्रवेश करता है। जब पानी फ़िल्टर स्क्रीन से होकर गुजरता है, तो रेशे फ़िल्टर हो जाते हैं और एक कागज़ की परत बनाते हैं। गोलाकार फेल्ट बेल्ट फ़िल्टर से पेपर ट्यूब निकालें और इसे आकार देने वाले रोलर में स्थानांतरित करें। महसूस की गई पट्टी रेशों से नमी को हटा देगी और आकार देने वाले रोलर में भेजे जाने से पहले लुगदी की पांच या छह परतों को एक साथ रख सकती है। फिर, नमी को हटाना जारी रखें और रोलर्स के घूमने पर गर्मी और दबाव की कार्रवाई के तहत आवश्यक मोटाई, ताकत और नमी सामग्री के साथ कागज का उत्पादन करें। इस स्तर पर, प्रक्रिया को कागज की विशेषताओं के अनुसार चुना जा सकता है, जैसे कि CLUPAK प्रक्रिया, जो कागज के बढ़ाव को बढ़ा सकती है या "स्टेबलाइज़र" के प्रसार की डिग्री में सुधार कर सकती है। "स्टेबलाइज़र" नाइट्रोजन युक्त यौगिक जैसे मेलामाइन को संदर्भित करता है, जो कागज के ताप प्रतिरोध में सुधार कर सकता है। निम्नलिखित अध्याय इन दोनों मुद्दों पर विस्तार से चर्चा करेंगे। कागज की चमक और घनत्व कागज को कैलेंडर करके प्राप्त किया जा सकता है। नियंत्रित उच्च आर्द्रता सामग्री के तहत, कागज को भारी स्टील रोलर्स द्वारा रोल किया जाता है और फिर बिना दबाव के गर्म करके सुखाया जाता है।
लुगदी परत की शुष्क अवस्था में, तंतुओं के बीच आपसी संबंध केवल सेलूलोज़ के गुण प्राप्त कर सकते हैं। सेलूलोज़ एक उच्च आणविक भार कार्बोहाइड्रेट है जो कई ग्लूकोज मोनोमर्स से बना है, जिसकी पोलीमराइजेशन डिग्री लगभग 2000 है।
आधे फाइबर अणु शुद्ध लकड़ी के गूदे का दूसरा मुख्य घटक हैं। ये 200 से नीचे पोलीमराइजेशन की डिग्री वाले कार्बोहाइड्रेट हैं। एक निश्चित एकाग्रता के भीतर, वे हाइड्रोजन बॉन्डिंग की प्रक्रिया को तेज करते हैं, लेकिन यदि एकाग्रता 10% से अधिक हो जाती है, तो कागज की यांत्रिक शक्ति कम हो जाती है। हेमिकेल्युलोज़ अणुओं का एक और दोष यह है कि वे पानी को 'पकड़' सकते हैं, जिससे कागज का सूखना मुश्किल हो जाता है।
कॉर्क फाइबर विद्युत इन्सुलेशन सामग्री के निर्माण के लिए सबसे उपयुक्त है क्योंकि इसकी फाइबर लंबाई 1-4 मिमी है, जो इसे अधिकतम यांत्रिक शक्ति प्रदान करती है। हालाँकि, मिश्र धातु के समान, कॉर्क लुगदी में थोड़ी मात्रा में दृढ़ लकड़ी के गूदे को भी जोड़ा जा सकता है, और परिणामस्वरूप मिश्रण में आमतौर पर किसी एक घटक की तुलना में बेहतर गुण होते हैं।
2. कपास का रेशा
कपास फाइबर एक बहुत ही शुद्ध सेलूलोज़ है जिसका उपयोग यूके में कई वर्षों से किया जाता रहा है। शुद्ध क्राफ्ट पेपर की तुलना में बेहतर विद्युत शक्ति और यांत्रिक गुणों के साथ इन्सुलेशन पेपर का उत्पादन करने के लिए, "वाइपिंग क्लॉथ" नामक एक सामग्री का उत्पादन किया गया है। कपास में लकड़ी के गूदे की तुलना में लंबे रेशे होते हैं, लेकिन इसकी आंतरिक आणविक बंधन शक्ति बहुत अच्छी नहीं होती है। कपास एक फाइबर है जो लकड़ी की तुलना में चिकना होता है, इसलिए इसे शाखाओं वाले यौगिकों का उत्पादन करने, आवश्यक बंधन स्थिति प्रदान करने और इन्सुलेशन पेपर के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति प्राप्त करने के लिए कुचलने और शुद्धिकरण चरणों में अधिक प्रयास की आवश्यकता होती है। अकेले इस प्रकार का प्रसंस्करण इसे अन्य सामग्रियों की तुलना में अधिक महंगा बनाता है, और इसमें कच्चे माल की लागत शामिल नहीं होती है।
जब 1930 के दशक में इस प्रकार के कागज का उपयोग पहली बार विद्युत इन्सुलेशन के लिए किया गया था, तो कपास के रेशों को सूती धागे के कपड़े कारखानों के स्क्रैप से प्राप्त किया जाता था, जो कुछ हद तक शुद्ध क्राफ्ट पेपर के साथ प्रतिस्पर्धी मूल्य बनाए रखता था। हाल के वर्षों में, इस प्रथा को बंद कर दिया गया है क्योंकि सूती कपड़े में सिंथेटिक फाइबर और अन्य पदार्थों का एक निश्चित अनुपात होता है, जो कटे हुए कपड़े की संरचना को शुद्धता और प्रदूषण मुक्त की गारंटी देने में असमर्थ बनाता है। इसलिए, लोगों को कागज बनाने के कच्चे माल का एक नया स्रोत मिल गया है। फाइबर कपास प्रसंस्करण संयंत्रों से प्राप्त छोटा फाइबर है, जो कताई और बुनाई के बाद लंबे स्टेपल कपास का अवशेष है। वेलवेट फाइबर लंबे स्टेपल कपास के बाद सीधे प्राप्त फाइबर है, और इसकी लंबाई और गुणवत्ता उच्च गुणवत्ता वाले इन्सुलेशन ग्रेड सामग्री के उत्पादन के लिए उपयुक्त है। इन्हें उपरोक्त कागज बनाने की प्रक्रिया के लिए "सामग्री" या कच्चे माल के रूप में, या शुद्ध कपास फाइबर के रूप में, या नए कपास से काटे गए अपशिष्ट कपास फाइबर के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इन्सुलेशन पेपर बनाने के लिए कपास के रेशों को क्राफ्ट पेपर पल्प के साथ भी मिलाया जा सकता है जो विद्युत और यांत्रिक गुणों के साथ-साथ अधिकतम तेल अवशोषण क्षमता के लाभों को जोड़ता है। कागज की तेल अवशोषण क्षमता की आवश्यकता बहुत महत्वपूर्ण है। उच्च और निम्न वोल्टेज वाइंडिंग के बीच पेपर इन्सुलेशन और वितरण ट्रांसफार्मर के उच्च -वोल्टेज वाइंडिंग के इंटरलेयर पेपर इन्सुलेशन के लिए, उच्च वैक्यूम स्थितियों में भी तेल को पूरी तरह से प्रवेश करने में सक्षम होना आवश्यक है, जिसे पूरी तरह से घुसना मुश्किल होता है।
अन्य फाइबर, जैसे मनीला हेम्प और जूट, का उपयोग कैपेसिटर और केबल जैसी विशिष्ट विद्युत आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विशेष प्रदर्शन कागज बनाने के लिए भी किया जा सकता है। ब्रिटिश मानक BS5626 "इलेक्ट्रिकल प्रयोजनों के लिए फाइबर पेपर" IEC60554 से संबंधित एक व्यापक दस्तावेज़ है, जो इंसुलेटिंग पेपर के मूल प्रकारों और गुणों को सूचीबद्ध करता है। यूरोपीय मानक EN60641 "इलेक्ट्रिकल उपयोग के लिए पेपरबोर्ड और पतला पेपरबोर्ड" भी एक व्यापक दस्तावेज़ है।
3. विशेष कागज
विभिन्न प्रकार के इंसुलेटिंग पेपर का वर्णन पहले किया जा चुका है, प्रत्येक के अपने विशिष्ट गुण हैं जो विशेष अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। इस सामग्री को समाप्त करने से पहले, ट्रांसफार्मर उद्योग की विशेष जरूरतों को पूरा करने के लिए, ध्यान देने योग्य चार अन्य विशेष पत्रों के विकास और संबंधित गुणों की अधिक विस्तार से समीक्षा करना आवश्यक है। कागज के ये चार प्रकार इस प्रकार हैं: झुर्रीदार कागज, उच्च बढ़ाव कागज, उच्च तापमान प्रतिरोधी कागज, और डायमंड ग्रिड चिपकने वाला कागज।
रिंकल पेपर सबसे पहला विशिष्ट पेपर है। इसे कागज की लंबाई की दिशा में मोटाई और बढ़ाव बढ़ाने के लिए अनियमित झुर्रियों से बनाया जाता है। इसे आमतौर पर 25 मिमी चौड़ी पट्टी में काटा जाता है, जो विशेष रूप से लीड कनेक्शन या वाइंडिंग के आंतरिक अंत केक के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक रिंग पर मैन्युअल रूप से वाइंडिंग के लिए उपयुक्त है। इसकी विस्तारशीलता इसे अनियमित आकृतियों के चारों ओर कसकर लपेटने या आवश्यकता पड़ने पर मोड़ने की अनुमति देती है, जैसे कि नल के जोड़ों और नल के तारों को लपेटने के लिए। झुर्रीदार कागज का नुकसान यह है कि समय के साथ यह अपनी लोच खो देगा। इसलिए, कई वर्षों के ऑपरेशन के बाद, ट्रांसफार्मर के जोड़ों के चारों ओर लपेटा गया झुर्रीदार कागज उतना कड़ा नहीं होगा जितना शुरू में लपेटा गया था। कई मामलों में, उच्च बढ़ाव वाले कागज का उपयोग करना बेहतर तरीका है। CLUPAK उच्च बढ़ाव इंसुलेटिंग पेपर इस सामग्री का एक प्रकार है, और इसके बेस पेपर की निर्माण प्रक्रिया उपरोक्त प्रक्रिया के समान है। संपीड़न निर्माण चरण में, दबाव रोलर और गर्मी और आर्द्रता का प्रभाव तंतुओं को लंबाई की दिशा में अक्षीय रूप से संपीड़ित करना है, जिससे उनकी लोच बढ़ जाती है। इसलिए, कागज अपनी चिकनाई बनाए रखता है और अपनी तन्य शक्ति और विद्युत गुणों को बनाए रखते हुए अपने फ्रैक्चर, बढ़ाव और अनुप्रस्थ फाड़ प्रदर्शन को काफी बढ़ाता है। उच्च यांत्रिक शक्ति और लोच इसे स्थिर रिंगों को लपेटने या मशीन के साथ संपूर्ण निरंतर ट्रांसपोज़िशन तार (सीटीसी) को लपेटने के लिए बहुत उपयुक्त बनाती है। बड़े पावर ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग में उपयोग किए जाने वाले निरंतर ट्रांसपोज़्ड तार में अक्सर बड़ा क्रॉस सेक्शन होता है, जिससे इसकी कठोरता बढ़ जाती है और आवश्यक वाइंडिंग त्रिज्या तक झुकना बेहद मुश्किल हो जाता है। परिणामस्वरूप, घुमावदार चरण के दौरान, तार को बहुत गहन संचालन से गुजरना होगा। इसके अलावा, इतने बड़े क्रॉस-अनुभागीय तारों को वाइंडिंग डाई पर लपेटने से कागज़ की इन्सुलेशन परत पर भारी दबाव पड़ेगा, जिससे इन्सुलेशन में झुर्रियाँ पड़ना, मुड़ना और विरूपण हो जाएगा। और इस प्रकार की झुर्रियाँ और विकृति रेडियल कूलिंग तेल मार्ग को प्रभावित करेगी। उच्च बढ़ाव वाले इन्सुलेटिंग पेपर की कठोरता और लोचदार विरूपण इसे सामान्य कागज की तुलना में घुमावदार के दौरान मजबूत संचालन के लिए अधिक प्रतिरोधी बनाता है, और इसकी लोच इसे झुर्रियों की डिग्री को कम करने की अनुमति देती है।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, कागज की गर्मी प्रतिरोध में सुधार गर्मी स्थिरता को बढ़ाने और थर्मल गिरावट को कम करने के लिए विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान स्टेबलाइजर्स जोड़कर हासिल किया जाता है। वर्तमान में, यह पुष्टि की जा सकती है कि गिरावट तापमान पर निर्भर करती है और लंबी श्रृंखला फाइबर अणुओं के टूटने के कारण होती है। बिजली ट्रांसफार्मर के संचालन के दौरान स्वीकार्य तापमान वृद्धि सीमा ट्रांसफार्मर संचालन के दौरान औसत हॉट स्पॉट तापमान के आधार पर निर्धारित की जाती है, जो ट्रांसफार्मर के इन्सुलेशन जीवन को लोगों के लिए स्वीकार्य बनाने में सक्षम होनी चाहिए। सामान्यतया, ट्रांसफार्मर का हॉट स्पॉट तापमान मान 110{8}}120 डिग्री सेल्सियस है। हालांकि, इस तापमान सीमा के भीतर, इन्सुलेशन गिरावट की डिग्री ऑक्सीजन और आर्द्रता की उपस्थिति से काफी प्रभावित होती है। अधिकांश तेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मर में एक निश्चित मात्रा में ऑक्सीजन और आर्द्रता होती है, विशेष रूप से वितरण ट्रांसफार्मर में, जिनमें मूल रूप से नमी को अवशोषित करने वाले उपकरण होते हैं और इनका रखरखाव शायद ही कभी किया जाता है। इस स्थिति में, उच्च तापमान प्रतिरोधी कागज का लाभ कागज इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने में देरी करना है। यह ट्रांसफार्मर को उच्च ऑपरेटिंग तापमान की अनुमति नहीं देता है, बल्कि इन्सुलेशन उम्र बढ़ने में देरी करने के लिए, सामान्य ऑपरेटिंग तापमान पर गिरावट की दर को कम करने के लिए उच्च तापमान वाले कागज पर निर्भर करता है।
अपने उत्कृष्ट इन्सुलेशन प्रदर्शन और उच्च यांत्रिक शक्ति के कारण, सिंथेटिक रेज़िन बॉन्डेड पेपर ट्यूब का व्यापक रूप से ट्रांसफार्मर में उपयोग किया जाता है। इन्सुलेशन सिलेंडर एक रोल पर एक तरफ थर्मोसेटिंग रेज़िन से लेपित क्राफ्ट पेपर को घुमाकर और इसे ठीक करने के लिए गर्म करके बनाया जाता है। लोग इसे चुनने के लिए अनिच्छुक हो रहे हैं क्योंकि कागज की आवश्यक यांत्रिक शक्ति प्राप्त करने के लिए, कागज पर बड़ी मात्रा में राल का लेप करना पड़ता है, जिससे ट्रांसफार्मर के तेल को संसेचित करना बहुत मुश्किल हो जाता है। ऑपरेटिंग क्षेत्र की ताकत के तहत, खराब संसेचन के कारण होने वाला कोई भी अंतराल स्थानीय निर्वहन स्रोत बन सकता है, जिससे अंतिम विद्युत खराबी हो सकती है। सिंथेटिक रेज़िन से संसेचित इन्सुलेशन सिलेंडर बनाने के लिए क्राफ्ट पेपर का उपयोग करने का कारण यह है कि पतले कागज की आवश्यक चौड़ाई केवल स्वीडन में बड़ी एकल वेब पेपर मशीनों द्वारा उत्पादित की जाती है, जो कपास फाइबर को संसाधित नहीं कर सकती हैं। यदि वे कपास के रेशों को संभाल सकते हैं, तो सूती कागज इन्सुलेशन सिलेंडर के सुखाने और भिगोने के प्रदर्शन में सुधार करेगा।
हीरे की ग्रिड के रूप में इन्सुलेशन पेपर पर ठीक किए गए राल की दो परतें लगाएं, और फिर इसे सुखाएं। रेज़िन डायमंड ग्रिड बॉन्डिंग का एक बड़ा क्षेत्र बनाते हुए कागज के प्रभावी सुखाने और तेल विसर्जन को सुनिश्चित करता है। वाइंडिंग के सूखने और गर्म होने की प्रक्रिया के दौरान, बंधे हुए चिपकने वाले बिंदु पिघल जाते हैं और जम जाते हैं, जिससे स्थायी बंधन बिंदु बनते हैं जो बाद की हीटिंग प्रक्रियाओं से प्रभावित नहीं होते हैं और उच्च यांत्रिक शक्ति पैदा कर सकते हैं। यद्यपि डायमंड ग्रिड बॉन्डिंग फॉर्म विभिन्न प्रकार के कागज के लिए उपयुक्त है, यह वास्तव में अच्छे सुखाने और संसेचन गुणों वाले कागज के लिए सबसे उपयुक्त है, जैसे लकड़ी या कपास फाइबर के साथ मिश्रित कागज, खासकर जब फ़ॉइल प्रकार कम वोल्टेज वाइंडिंग में उपयोग किया जाता है। यह विशेषता विशेष रूप से प्रमुख है क्योंकि इन वाइंडिंग्स को सुखाना और तेल में भिगोना बेहद मुश्किल है।
4. पेपर प्रेशर बोर्ड
जैसा कि नाम से पता चलता है, पेपर प्रेस बोर्ड एक मोटा कागज होता है जो कागज निर्माण के गीले चरण के दौरान कागज की कई परतों को एक साथ रखकर बनाया जाता है। पेपर प्रेशर प्लेटों को बैचों में संसाधित किया जाना चाहिए, जो पेपरमेकिंग में निरंतर निर्माण से अलग है, अन्यथा यह पेपरमेकिंग प्रक्रिया के समान होगा। वांछित मोटाई प्राप्त करने के लिए, चिपकने की आवश्यकता के बिना घोल की कई पतली परतों को नम अवस्था में एक साथ रखने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, पेपर प्रेशर बोर्ड को अभी भी दो बुनियादी प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है, अर्थात्, नमी की स्थिति में बिना किसी चिपकने के बने शुद्ध पेपर प्रेशर बोर्ड; कार्डबोर्ड की कई परतों को एक साथ जोड़ने के लिए उपयुक्त चिपकने वाले पदार्थों का उपयोग करने से परिणामी कार्डबोर्ड आमतौर पर मोटा होता है।
यूरोपीय मानकों में उपरोक्त दो प्रकार के पेपर प्रेशर प्लेट शामिल हैं: पहले प्रकार के पेपर प्रेशर प्लेट मानक EN60641:1996 "इलेक्ट्रिकल इंसुलेशन पेपर प्रेशर प्लेट और इंसुलेशन पेपर" है। बाद का पेपर प्रेशर बोर्ड मानक EN60673:1996 "इलेक्ट्रिकल इंसुलेशन लैमिनेटेड पेपरबोर्ड" था। इन्सुलेशन पेपर के समान, उपरोक्त शीर्षक के तहत, यूरोपीय मानक विभिन्न विशिष्टताओं और सभी प्रमुख प्रकार की सामग्रियों को सूचीबद्ध करते हैं। इन्सुलेशन पेपर के लिए कच्चा माल शुद्ध लकड़ी के गूदे, शुद्ध कपास के गूदे या दोनों के मिश्रण के समान ही होता है।
पहले प्रकार का पेपर प्रेशर बोर्ड 8 मिमी की अधिकतम मोटाई तक पहुंच सकता है, जिसका उपयोग घुमावदार घुमावों और अंत इन्सुलेशन के लिए किया जाता है, जिसकी मोटाई आम तौर पर 2 - 3 मिमी होती है। समर्थन इन्सुलेशन के लिए उपयोग की जाने वाली मोटाई आम तौर पर 4.5-6 मिमी होती है। इस प्रकार के पेपर प्रेशर बोर्ड सामग्री को आम तौर पर निम्नलिखित तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: पहला प्रकार कैलेंडर्ड पेपर प्रेशर बोर्ड है, जिसे शुरू में 55% नमी सामग्री पर संपीड़ित किया जाता है और फिर 5% नमी बनाए रखने के लिए बिना दबाव के गर्म और सुखाया जाता है। पेपर प्रेस प्लेट का घनत्व 0.90~1.00kg/m3 है। बाद में, कैलेंडर के भारी दबाव के तहत आगे संपीड़न 1.15-1.30 किग्रा/एम3 का घनत्व प्राप्त कर सकता है; दूसरे प्रकार की पेपर प्रेस प्लेट एक प्लास्टिक पेपर प्रेस प्लेट है, जो 54 ट्रांसफार्मर व्यावहारिक तकनीकी मैनुअल के अनुसार बनाने की प्रक्रिया के बाद लगभग या पूरी तरह से संपीड़न से मुक्त होती है। सुखाने के लिए केवल हीटिंग का उपयोग किया जाता है, जिससे नमी की मात्रा लगभग 5% रहती है, और पेपर प्रेस बोर्ड का घनत्व लगभग 0.90 होता है। यह उत्कृष्ट तेल अवशोषण क्षमता वाली एक नरम पेपर प्रेशर प्लेट है और इसे विशेष प्रयोजन के आकार में संसाधित किया जा सकता है; तीसरे प्रकार की पेपर प्रेस प्लेट प्री-प्रेस्ड पेपर प्रेस प्लेट है। निर्जलीकरण, संपीड़न और सुखाने के लिए गीले गूदे को सीधे गर्म प्रेस पर रखा जाता है। इसका तंतुओं के जुड़ाव पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, जिससे उच्च शक्ति, अच्छी स्थिरता और बिना किसी तनाव वाली सामग्री बनती है। सामग्री का घनत्व लगभग 1.25 है, और ट्रांसफार्मर निर्माण के पूरे चरण और ट्रांसफार्मर संचालन के दौरान गर्म तेल में दीर्घकालिक विसर्जन के दौरान, पेपर प्रेशर प्लेट अभी भी अपने आकार और आकार को अपरिवर्तित बनाए रख सकती है। इस संबंध में, इसका प्रदर्शन उपरोक्त दो प्रकार की पेपर प्रेशर प्लेटों से कहीं अधिक है। वर्तमान में, इस प्रकार का उच्च स्थिरता वाला प्री-प्रेस्ड कार्डबोर्ड अधिक लोकप्रिय है। इसलिए अधिकांश ट्रांसफार्मर निर्माताओं में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
लेमिनेटेड कार्डबोर्ड की प्रारंभिक मोटाई लगभग 10 मिमी है, और अधिकतम मोटाई 50 मिमी या अधिक तक पहुंच सकती है। लेमिनेटेड कार्डबोर्ड के लिए कच्चा माल ऊपर बताए गए विभिन्न प्रकार के इंसुलेटिंग कार्डबोर्ड हो सकते हैं, लेकिन आम तौर पर कहें तो, पहले से दबाया हुआ कार्डबोर्ड अभी भी बेहतर है। इस लेमिनेटेड कार्डबोर्ड का उपयोग वाइंडिंग के लिए बैकिंग प्लेट, पैलेट और प्रेशर प्लेट के साथ-साथ वाइंडिंग के लिए एंड ब्लॉक, बैकिंग प्लेट और वायर क्लैंप के रूप में किया जा सकता है।
5. आकार के इन्सुलेशन घटक
उच्च वोल्टेज ट्रांसफार्मर की संकेंद्रित वाइंडिंग के बीच क्षेत्र की ताकत पूरी तरह से रेडियल रूप से वितरित होती है, इसलिए, इस क्षेत्र में इन्सुलेशन सीधे इन्सुलेशन सिलेंडर और कुंडलाकार तेल अंतराल की एक श्रृंखला से बना हो सकता है। इन्सुलेशन सिलेंडर को अक्षीय सीम के साथ रोल और दबाया जा सकता है। इसे ऊपर और नीचे ओवरलैप किया जा सकता है, या तिरछे ओवरलैप किया जा सकता है। कोर कॉलम को अनुचित रूप से ऊपर उठाने में असमर्थता के कारण, जिसके कारण इन्सुलेशन सिलेंडर एक निश्चित ऊंचाई तक घुमावदार छोर से अधिक हो जाएगा, घुमावदार छोर पर महत्वपूर्ण इन्सुलेशन मुद्दे उत्पन्न हो गए हैं। इसलिए, वाइंडिंग के बीच का इन्सुलेशन वाइंडिंग के सिरों के साथ मुड़ा होना चाहिए। कई वर्षों से, इस समस्या का समाधान वाइंडिंग्स के बीच लपेटने के लिए पेपर प्रेशर प्लेटों का उपयोग करना या बिना सीलबंद नरम ट्यूब स्थापित करना रहा है। फिर, कागज के सिरों को ट्यूबों या पेपर प्रेशर प्लेटों के चारों ओर लपेटा जाता है और उन्हें "पंखुड़ियाँ" बनाने के लिए लगभग 80 मिमी के अंतराल पर व्यवस्थित किया जाता है और मोड़ दिया जाता है। लगातार परतों को तोड़ते समय, "पंखुड़ियों" को उनके बीच सीधे टूटने का रास्ता बनाने से बचने के लिए क्रमबद्ध किया जाना चाहिए।
इस दृष्टिकोण में कई कमियां हैं. सबसे पहले, यह बहुत श्रमसाध्य है और विनिर्माण लागत को बहुत बढ़ा देता है। दूसरे, जब वाइंडिंग पर लगाया गया अक्षीय दबाव इसे सिकुड़ने का कारण बनता है, तो इससे "पंखुड़ियों" का विरूपण और विस्थापन हो सकता है, और कुछ मामलों में, तेल मार्ग में स्थानीय रुकावट भी हो सकती है। समाधान यह है कि कोने के छल्ले बनाने के लिए मोल्डेबल इंसुलेशन पेपर प्रेशर प्लेट बनाने की उपरोक्त प्रक्रिया का उपयोग किया जाए। इस तथ्य के कारण कि कोने के छल्ले को मोल्डिंग चरण के दौरान महत्वपूर्ण दबाव की आवश्यकता नहीं होती है, अत्यधिक पतले और महंगे सांचे बनाने की कोई आवश्यकता नहीं है। बनाई गई कोने की अंगूठी नरम बनावट और कम घनत्व वाली होनी चाहिए, और आसानी से तेल में डूबी होनी चाहिए। मोल्ड किए गए इन्सुलेशन घटकों के कई अन्य आकार हैं, जैसे उच्च -वोल्टेज लीड के लिए मोल्ड किए गए इन्सुलेशन घटक। "पंखुड़ियों" की तुलना में ढाले हुए घुमावदार अंत इन्सुलेशन कोने के छल्ले का लाभ यह है कि इस क्षेत्र में, वे समविभव रेखा के करीब एक प्रोफ़ाइल बना सकते हैं, इस प्रकार मजबूत रेंगने वाले क्षेत्रों को खत्म कर सकते हैं और इसे एक अधिक आदर्श इन्सुलेशन संरचना बना सकते हैं।
6. अन्य इन्सुलेशन सामग्री
अब तक, इन्सुलेशन पेपर और पेपर प्रेशर बोर्ड निश्चित रूप से बिजली ट्रांसफार्मर के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली इन्सुलेशन सामग्री हैं। लेकिन कुछ मामलों में, थोड़ी मात्रा में अन्य सामग्रियों का भी उपयोग किया जा सकता है। इन्सुलेशन पेपर और पेपर प्रेशर बोर्ड के अलावा, सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली इन्सुलेशन सामग्री लकड़ी है, लगभग विशेष रूप से जल हरी ग्रेनाइट लकड़ी, क्योंकि इसमें उच्च घनत्व, उच्च शक्ति और अच्छी स्थिरता की विशेषताएं हैं। लकड़ी को लगभग 10% नियंत्रित नमी सामग्री के साथ सुखाया और संसाधित किया जाना चाहिए। जैसे-जैसे ट्रांसफार्मर सूखता है, उसे और सुखाया जाता है। छोटे वितरण ट्रांसफार्मर पर, लोहे के कोर क्लैंप के रूप में लकड़ी का उपयोग करने से लीड के बीच इन्सुलेशन दूरी की समस्या हल हो सकती है। बड़े ट्रांसफार्मर के लिए, लकड़ी का उपयोग लीड ब्रैकेट और वायर क्लैंप के रूप में किया जा सकता है। बड़े ट्रांसफार्मर पर, सर्जिकल सामग्री भी कार्डबोर्ड की जगह ले सकती है और वाइंडिंग के लिए अंत पैड या दबाव प्लेट के रूप में उपयोग की जा सकती है। इस मामले में, सभी दिशाओं में मजबूती सुनिश्चित करने के लिए, लकड़ी के बोर्ड को 90 डिग्री चाप आकार में परिधि के साथ परत दर परत क्रमित किया जाना चाहिए, और इस तरह से बोर्ड की मोटाई सीमा में परत दर परत क्रमबद्ध होना चाहिए।
इंसुलेटिंग तेल का उपयोग करने वाले ट्रांसफार्मर के लिए, इंसुलेटिंग पेपर और पेपर प्रेशर प्लेट दोनों उत्कृष्ट इन्सुलेशन सामग्री हैं। किसी भी संभावित आग को खत्म करने के लिए, एक तेल मुक्त ट्रांसफार्मर की आवश्यकता होती है। एक दृष्टिकोण मुख्य मीडिया के रूप में इंसुलेटिंग पेपर और पेपर प्रेशर प्लेटों का उपयोग करने के शुरुआती दिनों में लौटना है। ट्रांसफार्मर में तेल की अनुपस्थिति में इंसुलेशन पेपर और पेपर प्रेशर प्लेट अच्छे माध्यम नहीं हैं। यदि कोई बहुत प्रभावी शीतलन तेल नहीं है और आर्थिक कारणों से, ट्रांसफार्मर केवल गर्म परिस्थितियों में ही काम कर सकते हैं, जबकि कागज और कागज दबाव प्लेटें उच्च तापमान का सामना नहीं कर सकती हैं। एक ऐसी सामग्री है जो उच्च तापमान का सामना कर सकती है, जो स्विट्जरलैंड में ड्यूपॉन्ट द्वारा उत्पादित एक कार्बनिक बहुलक या सुगंधित पॉलियामाइड है, और इसका व्यावसायिक नाम "NOMEX" है। इस सामग्री का उपयोग फाइबर इन्सुलेशन के समान विनिर्माण विधि का उपयोग करके विभिन्न इन्सुलेशन पेपर और पेपर लैमिनेट्स बनाने के लिए किया जा सकता है, लेकिन यह अभी भी 220 डिग्री के उच्च तापमान पर अपनी स्थिरता बनाए रख सकता है। यद्यपि यह सामग्री पर्यावरणीय आर्द्रता के अनुसार एक निश्चित मात्रा में नमी को अवशोषित करती है, लेकिन आर्द्रता इसकी ढांकता हुआ शक्ति को बिल्कुल भी प्रभावित नहीं करती है, जो सेलूलोज़ सामग्री से पूरी तरह से अलग है। 1970 के दशक के मध्य तक, पॉलीक्लोराइनेटेड बाइफिनाइल (पीसीबी) तरल मीडिया अपने उच्च अग्नि प्रतिरोध के कारण लोकप्रिय थे, लेकिन पीसीबी के कारण होने वाले पर्यावरण प्रदूषण के कारण, वे धीरे-धीरे लोगों द्वारा कम स्वीकार्य हो गए। इसलिए तब से, हमें नए विकल्प तलाशने के लिए नए शोध क्षेत्र खोलने पड़े। लोगों ने कई पहलुओं में किसी भी तरल माध्यम का उपयोग न करने वाले ट्रांसफार्मर के लाभों को स्पष्ट रूप से पहचाना है, जिसके कारण बड़ी संख्या में शुष्क प्रकार के ट्रांसफार्मर का उत्पादन और स्थापना हुई है। ड्राई टाइप ट्रांसफार्मर बीएस एन 60085 "इलेक्ट्रिकल इंसुलेशन - हीट रेजिस्टेंस इवैल्यूएशन एंड डिजाइन" में क्लास सी की आवश्यकताओं का अनुपालन करते हैं, जो 210 डिग्री तक तापमान बढ़ाने की अनुमति देता है। 1990 के दशक में, इस ग्रेड के अधिकांश ट्रांसफार्मर को रेजिन इंजेक्शन मोल्डेड इंसुलेटेड ट्रांसफार्मर से बदल दिया गया था, इसलिए ट्रांसफार्मर इन्सुलेशन के लिए NOMEX का उपयोग शायद ही कभी किया जाता था।
