油が満たされたすべての変圧器の内部では、電気的故障との戦いが常に繰り広げられています。変圧器の巻線には高電圧がかかり、オイルが循環して巻線を冷却し、絶縁します。しかし、油だけでは不十分です。巻線のターン間、巻線とコアの間、および巻線とタンクの間には、システム全体で最も重要な機能の 1 つである電気絶縁クラフト紙という質素な材料の層があります。この紙がなければ、変圧器は数分以内に故障するでしょう。この紙は電気的破壊を防ぐ誘電体バリアを提供し、通常の紙が数時間で劣化する温度に耐えながらそれを行います。油式変圧器の電気絶縁材の縁の下の力持ちです。
それでは、電気絶縁クラフト紙は石油変圧器の一般的な絶縁ニーズにどのように対応するのでしょうか?答えは、この素材に特有の特性の組み合わせにあります。絶縁耐力が高いため、高電圧に耐えることができます。熱安定性に優れ、105℃以上の温度でも特性を維持します。水分含有量が低く、吸湿しにくいのですが、湿気は断熱性能を低下させるため、これは非常に重要です。変圧器油との相性が良く、相乗的な絶縁システムを形成します。また、巻き取りや組み立てのストレスに耐えるのに十分な機械的強度を備えています。この記事では、これらの特性のそれぞれを技術的に詳細に検討し、電気絶縁クラフト紙が石油変圧器の厳しい要件をどのように満たすかを説明します。また、当社の工場である蘇州漢耀新材料有限公司からの仕様と性能データも提供します。油式変圧器の電気絶縁材10年以上にわたってメーカーに提供されてきました。
電気絶縁クラフト紙は、クラフトパルプ化プロセスを使用して未漂白針葉樹パルプから製造される特殊なタイプの紙です。 「クラフト」という用語はドイツ語で強度を意味する言葉に由来しており、この紙の最も重要な特徴を正確に表しています。短い繊維と化学添加物から作られる通常の紙とは異なり、電気絶縁クラフト紙は、緻密で絡み合ったネットワークを形成する、損傷を受けていない長いセルロース繊維から作られています。このネットワークは、変圧器の絶縁に必要な機械的強度と絶縁の完全性を提供します。紙は、50 マイクロメートルから 250 マイクロメートルの範囲の厚さ、および 60 gsm から 200 gsm の範囲の坪量で製造されます。
電気絶縁クラフト紙が石油式変圧器の標準になっている理由は、単一の特性ではなく、同等のコストで他の材料が匹敵することのできない特性の組み合わせによるものです。この紙は優れた誘電体であり、乾燥時の破壊強度は 8 ～ 12 kV/mm です。熱的に安定しており、連続動作温度は 105°C、短期動作温度は 120°C です。機械的に強く、縦方向の引張強度は80～120MPaです。変圧器油と化学的に適合し、各部品の合計よりも優れた相乗効果のある絶縁システムを形成します。また、容易に入手でき、コスト効率が高く、変圧器製造における加工も容易です。私たちの工場は蘇州漢耀新材料有限公司は 10 年以上にわたって石油変圧器の電気絶縁材料を製造しており、これらの特性が世界中の数千の設置で検証されているのを見てきました。
以下の表は、電気絶縁クラフト紙の主な特性をまとめ、他の一般的な変圧器絶縁材料と比較しています。
| 財産 | クラフト紙 | ノーメックス(アラミド) | ポリエステルフィルム |
| 絶縁耐力 (kV/mm) | 8～12 | 20～30 | 100～200 |
| 連続使用温度 (°C) | 105 | 220 | 130 |
| 引張強さ(MPa) | 80～120 | 50～80 | 150～250 |
| 油との相性 | 素晴らしい | 良い | 公平 |
| 料金 | 低い | 高い | 中くらい |
| 代表的な用途 | 配電および電源変圧器 | 高温変圧器 | コンデンサ、特殊用途 |
電気絶縁クラフト紙の優位性は偶然ではありません。これは、製紙メーカーと変圧器設計者による数十年にわたる研究開発の成果です。この紙は、石油変圧器の特定の要求に合わせて最適化されており、今日製造されている配電および電力変圧器の大部分に引き続き選択される材料です。当社の工場では、最も要求の厳しい仕様を満たす油式変圧器の高品質電気絶縁材料を生産することで、この伝統に貢献できることを誇りに思っています。
石油式変圧器における電気絶縁クラフト紙の主な機能は、導電性コンポーネント間に誘電体バリアを提供することです。紙は、変圧器の巻線を形成する銅またはアルミニウムの導体の周りに巻き付けられます。また、巻線をコアから分離したり、巻線同士を分離したりするためにも使用されます。紙の絶縁耐力によって、紙が破壊する前にどれだけの電圧に耐えられるかが決まります。紙に電圧が印加されると、材料が分極し、電場が紙の厚さ全体に分布します。電圧が紙の絶縁耐力を超えると、材料が破壊され、導電パスが形成されます。これにより、変圧器の短絡や致命的な故障が発生する可能性があります。
電気絶縁クラフト紙の絶縁耐力は、その密度、厚さ、含水率によって決まります。高密度の紙はより緻密な繊維構造を持ち、絶縁耐力が向上します。紙が厚いと絶縁破壊電圧が高くなりますが、硬さも増し、巻きにくくなります。水分含有量は重要です。1% の水分でも絶縁耐力が 50% 以上低下する可能性があります。このため、変圧器の使用前に紙が乾燥され、真空下で油が含浸されます。油は紙の繊維間の空隙を埋め、湿気を追い出し、絶縁耐力を回復します。以下の表は、さまざまな水分レベルでの電気絶縁クラフト紙の絶縁耐力を示しています。
| 水分含有量 (%) | 絶縁耐力 (kV/mm) | 注意事項 |
| 0.1(ドライ) | 10 - 12 | 真空乾燥後の典型的な例 |
| 0.5 | 8～10 | ほとんどのアプリケーションに使用可能 |
| 1.0 | 5～7 | 追加の乾燥が必要 |
| 2.0 | 3 - 4 | 高圧変圧器には使用できません |
| 4.0 | 1 - 2 | 深刻な劣化 |
当社工場では、含水率0.1%で絶縁耐力10～12kV/mmの油変圧器用電気絶縁材を製造しています。また、紙が使用前に適切に乾燥および含浸されていることを確認するための技術サポートもお客様に提供しています。紙の誘電性能は、IEC 60243 および ASTM D149 に準拠した日常的な試験を通じて検証されます。この厳格な品質管理により、当社の電気絶縁クラフト紙が石油変圧器の厳しい要件を満たしていることが保証されます。
電気絶縁クラフト紙の熱安定性は、石油変圧器の寿命を決定する重要な要素です。紙は 80 ～ 105°C の連続動作温度にさらされますが、過負荷状態では短期間で 120°C 以上に上昇します。 30 年の耐用年数を超えると、紙はゆっくりとした熱劣化を受け、機械的強度が低下し、最終的には絶縁強度が低下します。劣化の速度は、温度、酸素と水分の存在によって決まります。紙は、連続使用の最高温度を示す耐熱クラスによって分類されます。変圧器の絶縁の最も一般的な温度クラスは、A (105°C)、E (120°C)、B (130°C)、および F (155°C) です。
セルロースの熱分解は一次化学反応です。分解速度は、温度が 8 ～ 10°C 上昇するごとに反応速度が 2 倍になるというアレニウスの式に従います。これは、動作温度が 8 ～ 10°C 上昇するごとに、用紙の寿命が半減することを意味します。この関係は、変圧器の設計で使用される「絶縁寿命」曲線の基礎となります。紙の熱安定性は、製造プロセス中に酸素と水分が除去されることによって強化されます。紙に変圧器油を含浸させると、酸素が排除されて劣化が遅くなります。以下の表は、さまざまな動作温度における電気絶縁クラフト紙の期待寿命を示しています。
| 動作温度(℃) | 期待寿命（年） | 注意事項 |
| 80 | 50+ | 通常の動作状態 |
| 95 | 25～30 | 典型的なホットスポット温度 |
| 105 | 15～20 | 最大連続定格 |
| 120 | 5～8 | 過負荷状態 |
| 140 | 1 - 2 | 緊急過負荷 |
蘇州漢耀新材料有限公司の工場では、耐熱クラス 105°C の石油変圧器用電気絶縁材料を生産しており、高温用途向けに熱安定性が強化された紙も供給できます。当社では紙の熱性能を検証するために加速老化試験を実施しています。これらの試験では、紙を高温で老化させ、その引張強さと絶縁耐力を一定の間隔で測定します。結果は、通常の動作温度での用紙の寿命を予測するために使用されます。このデータは、変圧器の設計計算を支援するためにお客様に提供されます。
電気絶縁クラフト紙、水分、変圧器油の間の相互作用は、変圧器の絶縁設計において最も重要な側面の 1 つです。紙は吸湿性があり、空気中の水分を容易に吸収します。湿気は紙と油の両方の絶縁耐力を低下させるため、これは問題です。変圧器では、信頼性の高い絶縁性能を確保するために、紙の含水率を 0.5 重量％未満に保つ必要があります。これを実現するには、真空乾燥と油含浸を組み合わせる必要があります。製造プロセス中、変圧器は加熱され、真空排気され、紙から水分と油が除去されます。次に、真空下で油を導入し、紙の空隙を埋め、残っている水分を追い出します。
紙、油、水分の関係は動的です。紙と油は平衡に達するまで水分を交換します。紙の平衡含水率は温度と油の含水率に依存します。通常の動作温度 (80 ～ 95°C) では、油の水分含有量が高い場合、紙は油から水分を吸収します。このため、オイルは乾燥した状態に保つ必要があります。以下の表は、さまざまな油水分レベルおよび温度における電気絶縁クラフト紙の平衡水分含有量を示しています。
| 油分水分(ppm) | 60℃での紙の水分率 (%) | 80℃での紙の水分率 (%) | 100℃での紙の水分率 (%) |
| 5 | 0.2 | 0.1 | 0.05 |
| 10 | 0.4 | 0.2 | 0.1 |
| 20 | 0.8 | 0.4 | 0.2 |
| 30 | 1.2 | 0.6 | 0.3 |
| 50 | 2.0 | 1.0 | 0.5 |
弊社工場では含水率0.5％以下の電気絶縁性クラフト紙を供給しております。また、変圧器の製造中に紙が適切に乾燥および含浸されるようにするための技術サポートもお客様に提供しています。当社の品質管理ラボには、カールフィッシャー法を使用して水分含有量を測定する設備が整っており、出荷前に紙のすべてのバッチをテストします。これにより、当社のお客様は、湿気仕様を満たし、変圧器内で確実に機能する油変圧器用電気絶縁材料を確実に受け取ることができます。
電気絶縁クラフト紙と変圧器油および巻線プロセスとの機械的および化学的適合性は、変圧器の長期信頼性にとって不可欠です。紙は、巻き取りや組み立てのストレスに耐えられるほど機械的に強くなければならず、また、油や変圧器に使用される材料の存在下でも化学的に安定していなければなりません。機械的強度は通常、引張強度、引裂抵抗、伸びによって測定されます。紙は、巻き取り中の破損に耐えられる十分な引張強度を備えていなければならず、ひび割れすることなく巻き線の形状に適合するのに十分な柔軟性を備えていなければなりません。以下の表は、電気絶縁クラフト紙の代表的な機械的特性を示しています。
| 財産 | 代表値 | 試験方法 |
| 引張強さ(MD)(MPa) | 80～120 | ISO1924-2 |
| 引張強さ(CD)(MPa) | 40～60 | ISO1924-2 |
| 破断点伸び (MD) (%) | 2～4 | ISO1924-2 |
| 引裂抵抗 (mN) | 500～800 | ISO1974 |
| 坪量 (gsm) | 60～200 | ISO536 |
| 厚さ（μm） | 50～250 | ISO534 |
紙と変圧器油との化学的適合性も重要です。紙は有害な化合物を油中に放出してはならず、油の添加剤の存在下で劣化してはなりません。この紙は通常、化学的に安定しており、鉱物油と相溶性のある未漂白の針葉樹クラフトパルプから作られています。紙は、熱安定性を高めるために、窒素含有化合物などの添加剤で処理することもできます。当社の工場では、ASTM D3455 に従って、変圧器油と紙の化学的適合性をテストします。このテストには、高温の油中で紙を老化させ、油の特性の変化を測定することが含まれます。この結果により、当社の油式変圧器用電気絶縁材は変圧器油と化学的に適合し、油の性能に悪影響を及ぼさないことが確認されました。
すべての材料は時間の経過とともに劣化しますが、電気絶縁クラフト紙も例外ではありません。紙の老化は、熱劣化、酸化、加水分解の組み合わせによって起こります。劣化の速度は、動作温度、水分含有量、酸素含有量によって異なります。紙の耐用年数の終わりは、通常、その引張強さが元の値の 50% に減少した時点として定義されます。この時点で、紙は機械的に弱いと考えられ、短絡や過負荷のストレスに耐えられない可能性があります。紙の絶縁耐力も経年とともに低下しますが、通常は機械的強度が制限要因となります。
紙の老化は、油中の溶存ガスやフラン化合物を分析することで監視できます。 2-フルフルアルデヒド (2-FAL) などのフラン化合物は、セルロースの分解によって生成されます。油中の 2-FAL の濃度は、紙の劣化の程度と相関します。 2-FAL の濃度が高い場合は、紙の寿命が近づいていることを示します。 2-FAL濃度と紙の劣化度との関係を下表に示します。
| 2-FAL 濃度 (ppb) | 紙の劣化度 | 推奨されるアクション |
| < 100 | 正常な老化 | 通常の操作を継続する |
| 100～500 | 中程度の老化 | 監視頻度を増やす |
| 500～1000 | 著しい老化 | 改修計画 |
| 1000 - 2000 | 高度な老化 | 改修のスケジュールを立てる |
| > 2000 | 致命的 | 直ちに対応が必要です |
当社の工場では、お客様が変圧器の絶縁状態を評価できるよう技術サポートを提供しています。当社は、電気絶縁クラフト紙の経年変化特性に関する参考データを提供し、油分析結果の解釈を支援します。私たちの目標は、お客様が変圧器の寿命を延ばし、予期せぬ故障を回避できるよう支援することです。劣化プロセスを理解し、絶縁の状態を監視することにより、変圧器のオペレーターは、メンテナンスと交換について十分な情報に基づいた決定を下すことができます。
質問 1: 電気絶縁クラフト紙の典型的な絶縁耐力はどれくらいですか?
回答: 電気絶縁クラフト紙の典型的な絶縁耐力は、密度、厚さ、含水量に応じて 8 ～ 12 kV/mm です。含水率 0.1% の高品質クラフト紙は 10 ～ 12 kV/mm を達成できます。水分含有量が 1% になると、絶縁耐力は 5 ～ 7 kV/mm に低下します。このため、使用前に紙を乾燥させ、油を含浸させる必要があります。 Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd. では、石油変圧器の電気絶縁材料が IEC 60243 および ASTM D149 の要件を満たしています。
質問 2: 湿気は電気絶縁クラフト紙の性能にどのような影響を与えますか?
回答: 湿気は電気絶縁クラフト紙の絶縁耐力に悪影響を及ぼします。 1% などの少量の水分でも、絶縁耐力が 50% 以上低下する可能性があります。湿気も紙の熱老化を促進します。これらの理由から、紙の含水率は 0.5 重量％未満に保つ必要があります。これは、変圧器製造時の真空乾燥とオイル含浸によって実現されます。当社工場では含水率0.5%以下の紙を供給し、乾燥や含浸などの技術サポートも行っております。
質問 3: 電気絶縁クラフト紙の最高使用温度は何度ですか?
回答: 標準的な電気絶縁クラフト紙の最大連続使用温度は 105°C で、これは耐熱クラス A に相当します。この温度では、紙の期待寿命は 15 ～ 20 年です。より高温での用途には、熱安定性が強化された紙を使用できます。これらの紙は、耐熱クラス E (120 °C)、B (130 °C)、または F (155 °C) に分類されます。紙の選択は、変圧器の設計と予想される負荷プロファイルによって異なります。当社の工場では、これらすべての感熱クラスの用紙を供給できます。
質問 4: 電気絶縁クラフト紙の品質はどのようにテストされますか?
回答: 電気絶縁クラフト紙は、絶縁耐力、引張強度、引き裂き抵抗、含水率、変圧器油との化学的適合性など、さまざまな特性についてテストされます。テストは、IEC 60243、ISO 1924-2、ASTM D3455 などの国際規格に従って実施されます。当社の工場では、出荷前に紙のすべてのバッチをテストし、分析証明書をお客様に提供しています。また、紙の長期的な性能を検証するために加速老化試験も実施します。
質問 5: 電気絶縁クラフト紙はリサイクルできますか?
回答: はい、電気絶縁クラフト紙はリサイクルできます。再生可能な資源である木材パルプから作られており、再パルプ化して新しい紙製品を製造することができます。ただし、紙は変圧器油で汚染されている可能性があるため、リサイクルする前に除去する必要があります。油は回収して再利用でき、紙はリサイクルできます。 Suzhou Hanyao New Materials Co., Ltd. では、持続可能性に力を入れており、お客様が使用済みの絶縁紙をリサイクルすることを奨励しています。
電気絶縁クラフト紙は石油式変圧器の重要なコンポーネントであり、電気的破壊を防ぐ誘電体バリアを提供します。高い絶縁耐力、熱安定性、耐湿性、変圧器油との化学的適合性により、この要求の厳しい用途に最適な材料となっています。紙の性能は、その特性と、変圧器製造時の乾燥と含浸の注意によって決まります。これらの要因を理解することで、変圧器の設計者とオペレータは、機器の信頼性の高い長期的な性能を確保できます。
蘇州漢耀新材料有限公司では、10年以上にわたり油式変圧器の高品質電気絶縁材料をメーカーに供給してきました。当社の工場には最先端の生産設備と試験設備が備えられており、品質管理システムは ISO 9001 の認証を取得しています。当社は、お客様に最高品質の製品と成功に必要な技術サポートを提供することに尽力しています。新しい変圧器を設計する場合でも、既存の変圧器を保守する場合でも、電気絶縁材料の要件についてご相談ください。
今すぐ蘇州漢耀新材料有限公司にお問い合わせください当社の電気絶縁クラフト紙とそれがどのように変圧器絶縁のニーズを満たすことができるかについて詳しくご覧ください。
