Come fabbricare trasformatori di corrente utilizzando la resina epossidica e il processo di iniezione APG

Riassunto​

Questo articolo tecnico esplora in modo completo l'applicazione della resina epossidica e del processo di iniezione Automatic Pressure Gelation (APG) nella produzione di trasformatori di corrente (CT). Dettagliando le proprietà dei materiali, le fasi del processo e le misure di controllo qualità, mira a fornire una guida pratica per ingegneri e produttori che cercano di ottimizzare l'efficienza della produzione di CT, le prestazioni di isolamento e l'affidabilità a lungo termine.​

 

1. Introduzione​

I trasformatori di corrente svolgono un ruolo cruciale nei sistemi di alimentazione riducendo i valori di alta corrente per scopi di misurazione, protezione e controllo. Garantire il loro funzionamento affidabile richiede materiali isolanti di alta qualità e processi di produzione precisi. La resina epossidica, rinomata per il suo eccellente isolamento elettrico, resistenza meccanica e resistenza chimica, è diventata il materiale di scelta per l'incapsulamento dei CT. Se combinata con il processo di iniezione APG, consente la produzione di CT con qualità costante, vuoti minimi e prestazioni migliorate.​

 

2. Resina Epossidica per la Produzione di CT​

2.1 Proprietà del Materiale​

La resina epossidica utilizzata nella produzione di CT presenta tipicamente le seguenti proprietà chiave:​

• Isolamento Elettrico: Elevata rigidità dielettrica (solitamente >20 kV/mm) e basso fattore di perdita dielettrica garantiscono un isolamento efficace dei componenti ad alta tensione all'interno dei CT, prevenendo guasti elettrici e scariche parziali.​

• Resistenza Meccanica: Adeguata resistenza a trazione, compressione e flessione aiuta i CT a sopportare stress meccanici durante l'installazione, il funzionamento e il trasporto.​

• Stabilità Termica: Un ampio intervallo di temperatura operativa (ad es. -40°C a 155°C) consente ai CT di funzionare in modo affidabile in diverse condizioni ambientali. La resina epossidica ha anche un coefficiente di espansione termica relativamente basso, riducendo il rischio di crepe indotte da stress termico.​

• Resistenza Chimica: La resistenza all'umidità, agli oli e ai comuni prodotti chimici nei sistemi di alimentazione protegge i componenti interni dei CT dal degrado nel tempo.​

2.2 Formulazione​

La resina epossidica utilizzata nei processi APG è spesso un sistema a due componenti: la resina base e l'indurente. La resina base è tipicamente un epossidico a base di bisfenolo-A o bisfenolo-F, mentre l'indurente può essere un composto a base di anidride. Additivi come riempitivi (ad es. triidrato di allumina per ritardare la fiamma), agenti di accoppiamento (per migliorare l'adesione tra la resina e altri materiali) e acceleranti (per controllare la velocità di polimerizzazione) sono incorporati anche nella formulazione per soddisfare specifici requisiti di prestazione.​

 

3. Processo di Iniezione Automatic Pressure Gelation (APG)​

3.1 Principio del Processo​

Il processo di iniezione APG combina i vantaggi del riempimento assistito da pressione e della gelificazione controllata. Opera in un sistema a circuito chiuso in cui la miscela di resina epossidica viene riscaldata a un livello di viscosità adeguato (solitamente intorno a 100-500 mPa·s) e quindi iniettata in uno stampo preriscaldato sotto pressione (tipicamente 0,3-0,8 MPa). La pressione garantisce il riempimento completo delle cavità dello stampo, anche quelle con geometrie complesse, mentre l'ambiente controllato di temperatura e pressione facilita un processo uniforme di gelificazione e polimerizzazione. Ciò si traduce in un incapsulamento ad alta densità e privo di vuoti.​

3.2 Vantaggi rispetto ai Processi Tradizionali​

Rispetto ai metodi tradizionali di colata o impregnazione, il processo APG offre diversi vantaggi significativi:​

• Vuoti Ridotti: Il riempimento assistito da pressione minimizza l'intrappolamento di bolle d'aria, portando a un contenuto di vuoti inferiore (solitamente <0,5%) nel prodotto finito.​

• Migliore Precisione Dimensionale: Il controllo preciso di temperatura, pressione e velocità di iniezione garantisce dimensioni del prodotto costanti, riducendo la necessità di aggiustamenti post-elaborazione.​

• Maggiore Efficienza Produttiva: Tempi di ciclo ridotti (da 30 minuti a 2 ore a seconda delle dimensioni del pezzo) dovuti a processi di riempimento e polimerizzazione più rapidi aumentano la produttività complessiva della produzione.​

4. Processo di Produzione CT Fase per Fase​

4.1 Preparazione delle Materie Prime e dei Componenti​

• Miscelazione Resina Epossidica: La resina base, l'indurente e gli additivi vengono pesati accuratamente e miscelati in un miscelatore ad alto taglio per garantire una miscela omogenea. Una corretta miscelazione è cruciale per evitare difetti di polimerizzazione, e la miscela viene quindi degasata sotto vuoto per rimuovere l'aria intrappolata.​

• Nucleo e Avvolgimenti CT: Il nucleo del CT, tipicamente realizzato con materiali magnetici ad alta permeabilità come acciaio al silicio o leghe amorfe, viene assemblato con gli avvolgimenti primari e secondari. Gli avvolgimenti vengono avvolti con cura per soddisfare il rapporto spire richiesto e le specifiche di prestazione elettrica. Nastri o film isolanti possono essere applicati agli avvolgimenti per una protezione aggiuntiva.​

4.2 Progettazione e Preparazione dello Stampo​

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• Progettazione dello Stampo: Lo stampo viene progettato in base alla geometria e alle dimensioni del CT. È solitamente realizzato in acciaio di alta qualità o lega di alluminio per resistere alla pressione e alla temperatura di iniezione. Lo stampo ha cavità che corrispondono alla forma del CT, con predisposizioni per i porti di ingresso e uscita per l'iniezione della resina epossidica.​

• Preparazione dello Stampo: Prima dell'uso, lo stampo viene accuratamente pulito e rivestito con un agente distaccante per evitare che la resina epossidica polimerizzata aderisca alle superfici dello stampo. Lo stampo viene quindi preriscaldato a una temperatura leggermente superiore alla temperatura di iniezione della resina epossidica (ad es. 80-100°C) per garantire un processo di riempimento fluido.​

4.3 Iniezione APG​

• Iniezione: La miscela di resina epossidica degasata viene trasferita alla macchina di iniezione APG. La macchina pompa la resina nello stampo preriscaldato a pressione e velocità controllate. Il processo di iniezione viene monitorato attentamente per garantire che lo stampo sia completamente riempito senza fuoriuscite o riempimento incompleto.​

• Gelificazione e Polimerizzazione: Dopo l'iniezione, lo stampo viene mantenuto a una temperatura e pressione specifiche per un certo periodo per consentire alla resina epossidica di gelificare e polimerizzare. La fase di gelificazione è quando la resina inizia a indurirsi, e la fase di polimerizzazione reticola ulteriormente le catene polimeriche per ottenere le proprietà meccaniche ed elettriche desiderate. Il tempo e la temperatura di polimerizzazione dipendono dalla specifica formulazione della resina epossidica, tipicamente da 120-160°C per 1-3 ore.​

4.4 Smontaggio e Post-Elaborazione​

• Smontaggio: Una volta completato il processo di polimerizzazione, lo stampo viene raffreddato a una temperatura adeguata (solitamente inferiore a 60°C) per facilitare lo smontaggio. L'agente distaccante aiuta a separare facilmente il CT polimerizzato dallo stampo senza causare danni al prodotto.​

• Post-Elaborazione: Dopo lo smontaggio, il CT può subire fasi di post-elaborazione come la rifilatura della resina in eccesso, la levigatura delle superfici ruvide e l'applicazione di un rivestimento protettivo, se necessario. Queste fasi migliorano l'aspetto del prodotto e ne migliorano ulteriormente le prestazioni in alcuni casi.​

5. Controllo Qualità e Test​

5.1 Controllo Qualità in Processo​

• Ispezione Materiali: Prima della miscelazione, la resina epossidica, l'indurente e gli additivi vengono ispezionati per le loro proprietà fisiche (come viscosità, densità) e composizione chimica per garantire la conformità alle specifiche.​

• Monitoraggio Parametri di Processo: Durante il processo APG, parametri critici come pressione di iniezione, temperatura e portata della resina vengono continuamente monitorati e registrati. Qualsiasi deviazione dai valori impostati può portare a problemi di qualità, e vengono intraprese azioni correttive immediate.​

5.2 Test sul Prodotto Finito​

• Test Elettrici: I CT sono sottoposti a una serie di test elettrici, tra cui la misurazione della resistenza di isolamento (utilizzando un megger ad alta tensione per verificare eventuali guasti di isolamento), il test di rigidità dielettrica (applicando un'alta tensione per un tempo specificato per garantire che l'isolamento possa sopportare le tensioni operative) e il test di scarica parziale (rilevando piccole scariche elettriche all'interno dell'isolamento, che possono essere un precursore di guasto).​

• Test Meccanici: Vengono condotti test meccanici come resistenza all'impatto, resistenza alle vibrazioni e test di resistenza a trazione per garantire che il CT possa sopportare gli stress meccanici che incontrerà durante la sua vita utile.​

• Ispezione Dimensionale: Le dimensioni del CT vengono misurate utilizzando strumenti di precisione per garantire che soddisfino le specifiche di progettazione. Qualsiasi variazione dimensionale può influire sulle prestazioni del CT e sulla sua compatibilità con altre apparecchiature.​

6. Conclusione​

La combinazione di resina epossidica e processo di iniezione APG fornisce un metodo efficiente e affidabile per la produzione di trasformatori di corrente. Controllando attentamente le proprietà dei materiali, i parametri di processo e le misure di controllo qualità, i produttori possono produrre CT con isolamento ad alte prestazioni, eccellente resistenza meccanica e affidabilità a lungo termine. Poiché i sistemi di alimentazione continuano a evolversi verso tensioni più elevate, reti più intelligenti e una maggiore integrazione di energie rinnovabili, la domanda di CT di alta qualità prodotti utilizzando processi avanzati come l'APG non farà che aumentare. La continua ricerca e sviluppo nelle formulazioni di resine epossidiche e nell'ottimizzazione del processo APG migliorerà ulteriormente le prestazioni e la competitività dei prodotti CT nel mercato globale.​