キャスト樹脂は乾式変圧器の難燃性能をどのように確保しますか?

高層オフィスビル、病院、またはデータセンターでは、変圧器は占有スペースの近くに配置されることがよくあります。油入り変圧器を防火壁や爆風格納容器の内側に設置できる屋外変電所とは異なり、屋内設置では火災の原因とならない変圧器が必要です。これは乾式変圧器の領域です。鋳造樹脂がこれらの変圧器の難燃性能をどのように確保するかという問題は、単なる学術的な問題ではありません。これは、高価な消火システムや専用の耐火エンクロージャを使用せずに変圧器を建物内に設置できるかどうかを決定する重要な安全上の考慮事項です。

注型樹脂の難燃性能乾式変圧器慎重に設計された材料システムの結果です。エポキシ樹脂配合物、無機充填剤、および難燃性添加剤が連携して、発火を防ぎ火災の伝播を制限する自己消火性の絶縁材料を作成します。この記事では、キャスト樹脂の難燃性の化学、熱放出と煙の発生の物理学、およびこれらの特性を検証する国際試験基準について検討します。 Lugao Power Co.,Ltd.の工場がどのように機能するかについても説明します。は、最も厳しい火災安全要件を満たすキャスト樹脂乾式変圧器を設計および製造しています。

目次

• 1. 材料が難燃性になるのはなぜですか?
• 2. キャスト樹脂の化学: 添加剤が燃焼挙動をどのように変えるか
• 3. 屋内設置において低放熱性が重要な理由
• 4. IEC 60076-11 試験で難燃性能を検証する方法
• 5. 熱伝導率と難燃性のバランス
• 6. よくある質問（FAQ）
• 7. 結論

1. 材料が難燃性になるのはなぜですか?

難燃性は単一の特性ではありません。これは、材料が火にさらされたときに示す一連の動作です。難燃性材料は発火を防ぎ、炎の広がりを制限し、外部発火源が取り除かれると自己消火します。これらの動作は、燃焼プロセスを妨げる化学的および物理的メカニズムによって実現されます。ポリマーの燃焼には、燃料、酸素、熱という 3 つの要素が必要です。難燃剤は、これらの要素の 1 つまたは複数を破壊することによって機能します。一部の難燃剤は、材料周囲の酸素濃度を薄める不活性ガスを放出します。他のものは吸熱分解によって熱を吸収し、材料を発火温度以下に冷却します。さらに他のものは、下にある材料を熱や酸素から遮断する保護炭化層の形成を促進します。

難燃剤の有効性は、いくつかのパラメータによって測定されます。限界酸素指数 (LOI) は、物質の燃焼をサポートする窒素と酸素の混合物中の酸素の最小濃度です。 LOI が高い材料ほど燃えにくくなります。参考までに、空気中の酸素濃度は約21%です。 LOI が 21% 未満の材料は、空気中で容易に燃焼します。一般に、LOI が 28% を超える材料は難燃性であると考えられます。 UL 94 テストは、プラスチックの可燃性を評価するためのもう 1 つの一般的な方法です。自己消火までの時間や滴下が発生するかどうかなど、垂直方向または水平方向における材料の挙動を評価します。以下の表は、一般的な変圧器絶縁材料の主要な可燃性パラメータをまとめたものです。

で鹿皓電力株式会社, 当社の工場では、UL 94 V-0 定格と組み合わせて 30% 以上の LOI を達成するキャスト樹脂システムを配合しています。これは、樹脂が通常の大気条件では燃焼をサポートせず、点火すると急速に自己消火することを意味します。これらの特性は、火災安全性が最優先事項である屋内に設置される乾式変圧器にとって不可欠です。

2. キャスト樹脂の化学: 添加剤が燃焼挙動をどのように変えるか

鋳造樹脂変圧器に使用されるベースエポキシ樹脂は、優れた電気絶縁性、機械的強度、熱安定性を備えた熱硬化性ポリマーです。ただし、未変性エポキシ樹脂の限界酸素指数は約 19 ～ 21% であり、これは空気中で燃焼することを意味します。この材料を難燃性の断熱システムに変えるために、樹脂には燃焼挙動を変える充填剤や添加剤が配合されます。最も一般的な 2 つのアプローチは、無機水酸化物充填剤とリンベースの難燃剤の使用です。添加剤の選択とその濃度によって、キャスト樹脂の最終的な性能が決まります。

水酸化アルミニウムとしても知られるアルミニウム三水和物 (ATH) は、鋳造樹脂変圧器に最も広く使用されている難燃性充填剤です。樹脂が約 200°C を超える温度にさらされると、ATH は吸熱分解反応を起こします。この反応は大量の熱を吸収し、周囲の物質を冷却します。また、水蒸気も放出され、炎の近くの酸素濃度が薄れます。反応の残留物は酸化アルミニウムであり、樹脂の表面にセラミックのような保護層を形成します。この層は熱障壁として機能し、下にある材料への熱の伝達を遅らせます。以下の表は、ATH およびその他の一般的な難燃性フィラーの分解特性をまとめたものです。

Lugao の工場では、キャスト樹脂配合物に ATH とシリカフィラーを組み合わせて使用​​しています。 ATH は主な難燃機能を提供し、シリカは樹脂の熱伝導率と機械的強度を向上させます。フィラーの総含有量は重量で 60 ～ 70% に達する可能性があり、変圧器内の可燃性有機材料の量が大幅に減少します。さらに高い防火性能が必要な用途向けに、リンベースの難燃剤オプションも提供しています。これらの配合物は、より高い LOI とより迅速な自己消火挙動を実現します。

3. 屋内設置において低放熱性が重要な理由

鋳造樹脂乾式変圧器の難燃性能は、ただ燃えるかどうかだけではありません。また、燃焼した場合にどれだけの熱と煙が放出されるかについても重要です。熱発生率 (HRR) は、防火工学にとって重要なパラメータです。燃焼中に材料がエネルギーを放出する速度を測定します。 HRR が低い材料は火災の拡大に寄与することが少なく、居住者が避難する時間が長くなり、消防士が状況を制御する時間が長くなります。煙は火災の主な死亡原因であり、避難経路を不明瞭にする可能性があるため、煙の発生率も同様に重要です。

鋳造樹脂変圧器は、発熱率が低いように設計されています。高いフィラー含有量と ATH の吸熱分解の両方がこれに寄与します。樹脂が火にさらされると、ATH は熱を放出するのではなく吸収します。分解によって放出される水蒸気は可燃性ガスを希釈し、炎の強さを弱めます。酸化アルミニウムの残留物は、残りの樹脂を絶縁する保護層を形成します。最終的な効果は、物質がたとえ燃えたとしてもゆっくりと燃焼し、最小限の熱しか放出しないことです。以下の表は、注型樹脂と他のトランス絶縁材料の放熱特性を比較したものです。

鋳造樹脂乾式変圧器は発熱と発煙が少ないため、大規模な消火システムを必要とせずに屋内空間に設置できます。これにより、電気設備のコストが削減され、建物の防火設計が簡素化されます。病院やショッピングモールなど、人が住んでいるエリアの近くに変圧器が設置されるプロジェクトの場合、鋳造樹脂変圧器の火災の危険性が低いことが重要な利点となります。 Lugao Power Co.,Ltd の工場では、IEC 60076-11 F1 分類を含む最も厳しい火災安全基準を満たすように鋳造樹脂変圧器を設計しています。

4. IEC 60076-11 試験で難燃性能を検証する方法

IEC 60076-11 は、乾式変圧器の要件を定義する国際規格です。この規格では、火災挙動分類を指定しています。これは、変圧器が外部火災にさらされることをシミュレートする一連のテストによって決定されます。火災挙動の分類には、F0 と F1 の 2 つのレベルがあります。 F0 は基本レベルで、F1 はより高いレベルで、変圧器が自己消火し、テスト中の熱放出と煙の発生を制限する必要があります。

火災挙動テストは、変圧器から所定の距離で指定量の燃料 (通常はアルコール) に点火することによって実施されます。このテストでは、変圧器周囲の温度と熱流束、および燃料が消費された後に変圧器が自己消火するまでの時間を測定します。このテストでは、煙や有毒ガスの発生も監視します。 F1 分類を達成するには、変圧器は次の基準を満たしている必要があります。

• 変圧器表面のピーク温度は、指定された制限値未満に維持する必要があります。
• 変圧器は、燃料がなくなった後、指定された時間内に自己消火する必要があります。
• 熱発生率と煙の発生は、指定されたしきい値を下回っていなければなりません。
• 変圧器は、隣接する材料を発火させる可能性のある燃焼液滴を生成してはなりません。
• 変圧器は火災試験後も絶縁耐力を維持する必要があります。

以下の表は、IEC 60076-11 火災挙動試験の主要パラメータと Lugao Power Co.,Ltd の鋳造樹脂変圧器の典型的な性能をまとめたものです。

鹿澳の工場では、IEC 60076-11 規格に従ってキャスト樹脂乾式変圧器をテストしています。当社ではすべての製品のテストレポートを保管しており、お客様のご要望に応じてご利用いただけます。これらのレポートは、当社の変圧器の難燃性能の文書化された証拠を提供し、製品が最高の火災安全基準を満たしているという確信をお客様に与えます。

5. 熱伝導率と難燃性のバランス

乾式変圧器用の注型樹脂配合の設計では、難燃性と熱伝導率という 2 つの競合する要件のバランスを取る必要があります。難燃性は、樹脂の可燃成分を減らす ATH などの無機充填剤を添加することによって実現されます。熱伝導率は、変圧器の巻線によって発生した熱を放散するために重要です。熱伝導率が高いと、変圧器をより低い温度で動作させることができ、効率と耐用年数が長くなります。ただし、一部の難燃性フィラーは熱伝導率が比較的低く、その濃度を高めると樹脂の熱性能が低下する可能性があります。

解決策は、熱伝導率の高いフィラーの選択とフィラーの粒度分布の最適化にあります。シリカ (SiO2) と酸化アルミニウム (Al2O3) は、優れた熱伝導性と許容可能な難燃性特性を兼ね備えているため、鋳造樹脂変圧器の充填剤として一般的に使用されます。これらのフィラーは、ATH と組み合わせると、難燃性と熱伝導性の両方を実現できます。粒度分布も重要です。粗粒子と微粒子を適切に混合すると、より高い充填密度が達成され、熱伝導率と機械的強度の両方が向上します。以下の表は、一般的な注型樹脂フィラーの熱伝導率をまとめたものです。

当社工場では、難燃性と熱伝導性のバランスを図るために、シリカとATHフィラーを独自にブレンドして使用しています。当社の注型樹脂配合物は、30% 以上の LOI を維持しながら、1.1 ～ 1.5 W/m・K の熱伝導率を達成します。これにより、当社の乾式変圧器は、屋内設置に必要な防火性能を備えながら、温度制限を超えることなく高負荷で動作することが可能になります。

6. よくある質問（FAQ）

質問 1: 乾式変圧器の火災挙動分類 F0 と F1 の違いは何ですか?

回答: F0 は基本的な火災挙動の分類であり、F1 は上位の分類です。 F0 は変圧器が自己消火性であることを要求しますが、熱放出と煙の発生に対する制限はそれほど厳しくありません。 F1 では、変圧器がピーク温度、自己消火時間、発熱率、発煙に関するより厳しい制限を満たすことが求められます。占有スペースのある建物の屋内設置の場合は、通常、F1 分類が必要です。 Lugao Power Co.,Ltd では、キャスト樹脂乾式変圧器が F1 分類を満たすように設計されています。

質問 2: キャスト樹脂を燃やすと有毒ガスが発生しますか?

回答: 当社の乾式変圧器に使用されている注型樹脂配合はハロゲンフリーです。つまり、塩化水素や臭化水素などの有毒で腐食性のガスを発生する可能性のある塩素や臭素化合物が含まれていません。当社の注型樹脂の主な分解生成物は、水蒸気、二酸化炭素、酸化アルミニウムです。これにより、鋳造樹脂変圧器からの煙は、有毒な燃焼生成物の複雑な混合物を含む可能性がある油入り変圧器からの煙よりも毒性が低くなります。

質問 3: 鋳造樹脂の難燃性能は、液体が充填された変圧器の難燃性能とどのように比較されますか?

回答: 鋳造樹脂変圧器は、火災安全性の点で液体充填変圧器よりも大きな利点があります。液体で満たされた変圧器には大量の可燃性油が含まれており、漏れてプール火災を引き起こす可能性があります。燃焼オイルの発熱率と煙の発生は、キャスト樹脂よりもはるかに高くなります。鋳造樹脂変圧器には液体燃料が含まれておらず、自己消火性があるため、屋内に設置する場合にはるかに安全です。

質問 4: 鋳造樹脂変圧器は防火設備のない部屋に設置できますか?

回答: はい、F1 分類を満たす注型樹脂乾式変圧器は、部屋が建築基準法の一般的な火災安全要件を満たしていれば、専用の消火システムのない部屋に設置できます。鋳造樹脂変圧器は火災の危険性が低いため、油入変圧器と同じレベルの防火が必要ありません。ただし、特定の要件は、地域の建築基準および管轄当局によって異なります。当社の技術チームは、お客様のプロジェクトのインストール要件に関するガイダンスを提供できます。

質問 5: 鋳造樹脂変圧器の難燃性能を維持するにはどのようなメンテナンスが必要ですか?

回答: 鋳造樹脂変圧器の難燃性能は材料に固有のものであり、時間が経っても大幅に劣化することはありません。ただし、変圧器の全体的な信頼性を確保するには定期的なメンテナンスが必要です。これには、鋳造樹脂の亀裂や損傷の目視検査、塵の蓄積を防ぐための巻線と冷却ダクトの清掃、絶縁抵抗と部分放電の定期的なテストが含まれます。 Lugao Power Co.,Ltd.では、乾式変圧器のメンテナンスガイドラインとサポートサービスを提供しています。

7. 結論

鋳造樹脂乾式変圧器の難燃性能は、高度な材料システムの賜物です。エポキシ樹脂は構造的および電気的絶縁を提供し、ATH フィラーは吸熱性難燃メカニズムを提供します。シリカフィラーは熱伝導率と機械的強度を向上させます。これらのコンポーネントを組み合わせることで、発火に耐え、急速に自己消火し、熱と煙の放出を最小限に抑える変圧器絶縁材料が形成されます。これらの特性は、火災安全性が最優先される屋内設置には不可欠です。

鹿皓電力株式会社では、当社の工場で最高基準の防火性能を満たす注型樹脂乾式変圧器を設計および製造しています。当社の製品は IEC 60076-11 に準拠してテストされ、F1 分類を達成しています。当社は、信頼性が高く、安全で効率的な変圧器ソリューションをお客様に提供することに全力で取り組んでいます。新しい建物を設計している場合でも、既存の電気システムをアップグレードしている場合でも、要件について話し合うために当社の技術チームにお問い合わせください。

陸皓電力株式会社にお問い合わせください。今日当社のキャスト樹脂乾式変圧器とそれがどのようにお客様の火災安全要件を満たすことができるかについて詳しくご覧ください。