事實(shí)上，變壓器線圈除在制造和存儲過程不能出現(xiàn)開裂外，在線圈內(nèi)應(yīng)力存在的情況卜，變壓器運(yùn)行時(shí)承受電動力時(shí)也不能出現(xiàn)開裂。線圈的環(huán)向由兩部分并列承力，但主要承力部分為電磁線繞組部分；線圈的軸向由兩部分串聯(lián)承力，承力薄弱環(huán)節(jié)為樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)部分，當(dāng)然壓釘緊固系統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力也起到十分重要作用，值得慶幸的是線圈的軸向電動力一般為壓縮應(yīng)力，因此一般不會出現(xiàn)軸向開裂情況。
對樹脂澆注線圈而言，溫度效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電動力產(chǎn)生的應(yīng)力，故熱應(yīng)力成為引起線圈開裂的主要矛盾。線圈存儲過程產(chǎn)生的開裂完全由于線圈的內(nèi)部熱應(yīng)力引起。樹脂澆注絕緣的線圈必然存在樹脂固化收縮時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，以及固化溫度和存儲溫度或運(yùn)行溫度的溫差帶來的殘余熱應(yīng)力。固化收縮時(shí)雖然體積變化明顯，但由于樹脂從液體轉(zhuǎn)化為低模量的熱態(tài)固體，所以在固化溫度卜的收縮應(yīng)力很小。線圈冷卻后的殘余熱應(yīng)力的大小和組份材料的膨脹系數(shù)差異、線圈所處溫度的高低、材料組成比例三者有密切關(guān)系。
線圈是否在運(yùn)行或存儲過程中產(chǎn)生開裂，與線圈內(nèi)部殘余熱應(yīng)力大小及應(yīng)力性質(zhì)、材料的強(qiáng)度直接相關(guān)。從圖4和圖5模型中我們比較易于理解內(nèi)應(yīng)力的形成、應(yīng)力方向及大小。圖4示意的線圈環(huán)向內(nèi)應(yīng)力方向和導(dǎo)體的長度方向相同，由于線圈成圓形，在這種環(huán)形約束方式卜，不同膨脹系數(shù)的同心圓環(huán)套裝在一起，熱應(yīng)力平衡時(shí)，除存在導(dǎo)體或絕緣體的而內(nèi)力外，還會產(chǎn)生徑向的內(nèi)應(yīng)力，
 


 
 
應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜。圖5示意的線圈軸向內(nèi)應(yīng)力方向和導(dǎo)體的長度方向垂直，在這種平面約束方式，段間絕緣和線圈內(nèi)外表面絕緣特性相同，認(rèn)為不存在內(nèi)應(yīng)力，在內(nèi)外表面絕緣和繞組導(dǎo)體匹配的區(qū)域中，忽略固化收縮形成的殘余應(yīng)變時(shí)，上式也反應(yīng)出殘余內(nèi)應(yīng)力和線圈結(jié)構(gòu)中材料的膨脹系數(shù)差異、線圈所處溫度的高低、材料組成比例三者的關(guān)系。假設(shè)樹脂的凝膠固化溫度在120℃，最初，樹脂處于液體狀態(tài)，此時(shí)導(dǎo)體和樹脂纖維復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)間彼此沒有相互約束，即所謂的“0”內(nèi)應(yīng)力點(diǎn)。
隨著樹脂的反應(yīng)固化的進(jìn)行，樹脂化學(xué)鍵的組合使得樹脂部分的體積收縮，此時(shí)樹脂纖維復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)由于樹脂的體積收縮會對導(dǎo)體材料產(chǎn)生微小應(yīng)力作用(其實(shí)樹脂的這種收縮應(yīng)力大部分被玻璃纖維平衡掉，傳遞到導(dǎo)體的份額較少，而且此時(shí)樹脂的彈性模量很低，應(yīng)力水平自然很小。
線圈的冷卻過程，由于熱膨脹系數(shù)的差異會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。這是內(nèi)應(yīng)力的主要來源，原因在于溫差量比較顯著(例如從120℃固化溫度冷卻到存儲溫度-25℃，溫差△T=145K>，而且樹脂部分的彈性模量隨溫度的降低增加了1-2個(gè)數(shù)量級。此時(shí)由于復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的膨脹系數(shù)大于導(dǎo)體，降溫帶來的內(nèi)應(yīng)力表現(xiàn)為：復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)承受拉伸應(yīng)力，導(dǎo)體承受壓縮應(yīng)力。這不是我們希望但確實(shí)存在的應(yīng)力狀態(tài)。
和銅導(dǎo)體匹配時(shí)的膨脹系數(shù)差，由于玻璃氈復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)比樹脂石英粉復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的小，所以前者的熱應(yīng)力水平小于后者。玻璃纖維增強(qiáng)絕緣結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮其纖維取向增強(qiáng)的優(yōu)勢，遏制這種開裂傾向。另一種情況是，變壓器投網(wǎng)后線圈溫度上升，很快回復(fù)到固化溫度附近的“0”內(nèi)應(yīng)力點(diǎn)，當(dāng)運(yùn)行溫度繼續(xù)升高時(shí)，會出現(xiàn)應(yīng)力狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，即復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)承受壓縮應(yīng)力，導(dǎo)體承受拉伸應(yīng)力。而且在高溫卜，樹脂材料由脆性材料向橡膠彈性態(tài)轉(zhuǎn)化，彈性模量大幅度卜降。由于運(yùn)行時(shí)相對于“0”內(nèi)應(yīng)力點(diǎn)溫度的溫差較小，而且復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的彈性模量卜降，實(shí)際上高溫的內(nèi)應(yīng)力水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于存儲低溫的內(nèi)應(yīng)力水平(基于高溫120℃固化溫度而言)。
當(dāng)使用石英粉填充的絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，從膨脹系數(shù)角度考慮，宜采用鋁導(dǎo)體作繞組材料。由于在線圈的環(huán)向和軸向，力的平衡和約束方式是不同的。這兩種不同的情況同時(shí)存在的情況卜，若再考慮溫度及材料模量的變化，即使用復(fù)合材料彈性力學(xué)有限元分析也將十分復(fù)雜的。另外，最容易出現(xiàn)絕緣開裂的部位在過渡轉(zhuǎn)角處，原因在于內(nèi)應(yīng)力在這些部位會引起應(yīng)力集中，纖維補(bǔ)強(qiáng)自然成為首要考慮的措施。
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