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天津天能变压器有限公司 杨中地
现在很多国内变压器企业已经在用铝线或铝箔来生产变压器了，尤其是环氧浇注干式变压器，其绕组采用铝材是很普遍的。我国此前之所以淘汰铝绕组变压器是有其原因的，因为在上世纪80～90年代铜铝的差价较小（不到1：2，现在已经接近或超过1：3），采用铜绕组变压器的外形尺寸较小（因为其选用的导体规格要小于铝材），比较节省硅钢片，而且此前铝绕组焊接方面的技术不过关，所以就明确淘汰了铝绕组的变压器。
但实际上铝电磁线在变压器中的应用在欧美国家是非常普遍的，因为铝的价格比铜要便宜得多，且铝的密度更比铜小很多，在相同截面的情况下铝要比铜轻很多，二者在20℃时的电阻率为铜：0.017241Ω•mm2/m; 铝：0.02801Ω•mm2/m。只要选用截面更大的铝材，就可以保证和铜一样甚至更低的损耗值。
而对于环氧树脂浇注的干式变压器，由于铝的热胀冷缩系数要比铜的更接近环氧树脂的热胀冷缩系数，因此铝绕组的抗开裂能力甚至要比铜绕组的更好一些。而且由于干式环氧树脂浇注绕组本身的机械强度就很好，所以铜铝之间机械强度方面的差别就没有了。
IEC标准与国家标准并没有排斥铝作为导体的规定，在GB1094.5-2008项4.1及IEC60076-5:2006中，给出了铜绕组和铝绕组关于承受短路的耐热能力的规定、计算方法和相关的参数，从中可以分析出铝导体是可以作为变压器导体的。
只要铝线变压器能够承受短路电流时耐热能力的要求，并能够经受住短路时机械力的动稳定要求，就是合格的。只要设计合理，工艺上也要作相应的调整，尤其是在出头焊接的技术过关，能做到耐高温（提高耐热等级）和低损耗，铝线变压器一定会得到广泛的应用的。用户也要有相应的认识，用户认为铝线变压器温升高，寿命短，是国内偷工减料之举而不敢使用，但用户对进口的铝线变压器却赞口不绝，对国产的铝线变压器却顾虑重重。所以变压器生产厂与用户之间要统一认识，对推广应用铝线变压器才能顺利进行。
当前各用电部门已经习惯了铜绕组的变压器，只是因为铜比铝贵，就认为铜比铝好，由此认为采用铝线的厂家是偷工减料。从而导致了变压器生产厂家怕被人误解，不敢采用铝绕组，实际上这是不公平的。只要变压器的技术参数一致，其绕组采用铜或铝对客户都是一样的。当然生产厂家在报价时候必须明明白白的告诉用户其绕组是采用何种材料。
1.铝线变压器的设计及结构特点
在此只对于铝线变压器与铜线变压器有所区别的地方进行了分析，相同的地方不再累述。
1.1.导线材质及电流密度：
Φ1.5以下的采用QQ-2高强度缩醛漆包圆铜线；Φ1.5～Φ2.5采用QQL-2高强度缩醛漆包圆铝线；其余采用ZLB-0.45纸包扁铝线。扁铝线的宽度应在16mm及以下，宽度与厚度之比b/a=2.5～6。
在产品设计时电流密度在1.8～2.5A/mm2之间选取。
1.2. 器身排油重（35kV及以下）：
Gpy=GFG/7.8+GL//1.85; 器身重计算：Gqs=1.2(GFG+GL）。
1.3. 层式绕组的出头：
层式绕组的首端出头，如并联根数≤4时用原导线直接引出；当并联根数＞4时，先焊铝排再焊铜铝接头；末端出头，如并联根数≤2时，用原导线直接引出，这样可以省去过渡连接的铝排，但需要增加出头的长度。当并联的根数＞2时，需用铝排连接。
当高压分接段的导线为铜导线，而正常段的导线是铝导线时，在绕组上不必焊铜铝接头，而将出头全部引出，在引线焊接时再焊铜铝接头。
1.4. 铝导线75℃的电阻率为0.03355Ω.mm2/m。
1.5. 电压为0.4 KV的低压绕组，如果是四螺旋结构，其低压引线为双面出线，两面的末端（x、y、z)用铝排焊接，再用铝棒沿下铁轭绝缘和铁轭垫块之间从侧面绕过去连接在一起。
1.6. 引线用铜铝接头的选用
1.6.1. 高压绕组如用圆线绕制时，可将铜铝接头焊接在绕组出线端上，引出绕组的均为铜线。也可在器身装配时，将铜铝接头在绕组外引至引线。
1.6.2. 低压绕组的铜铝接头，一般在套管的软连接下进行铜铝过渡，铜铝接头由线夹紧固。
1.6.3. 铜铝接头的电流密度为2A/mm2；。
1.6.4. 铜铝接头的焊口与两端焊线的最小距离，即铜铝接头的长度见表1。铜铝焊口至弯折处的最小直线距离≥30mm。铜铝接头推荐采用专用的药芯焊丝钎焊，以免铝焊丝在铜铝接头的界面处形成硬脆的、电阻率更高的共晶相而带来潜在的危害。
表1.铜铝接头的长度
|
铜铝接头宽B/mm |
40～60 |
80 |
100～120 |
|
L1（铝） |
≥60 |
≥80 |
≥90 |
|
L2（铜） |
≥60 |
≥60 |
≥80 |
表2.圆形引线用铜铝接头
|
尺寸/mm δ*B*L或Φ*L |
油中许用电流/A |
焊后尺寸/mm |
|||||
|
每边包绝缘厚/mm |
|||||||
|
0 |
3 |
6 |
10 |
20 |
L1 |
L2 |
|
|
Φ2.5*100 |
10 |
10 |
10 |
|
|
60 |
50 |
|
Φ3.35*100 |
18 |
18 |
18 |
|
|
60 |
50 |
|
Φ6*120 |
56 |
56 |
56 |
56 |
|
65 |
55 |
|
Φ8*120 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
65 |
55 |
|
Φ10*120 |
157 |
157 |
157 |
157 |
157 |
65 |
55 |
|
4*8*120 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
65 |
55 |
|
6*10*120 |
120 |
120 |
120 |
120 |
120 |
65 |
55 |
|
6*14*120 |
170 |
170 |
170 |
170 |
170 |
65 |
55 |
|
8*20*140 |
320 |
320 |
320 |
320 |
275 |
75 |
65 |
|
8*30*140 |
480 |
480 |
475 |
420 |
350 |
75 |
65 |
|
10*30*160 |
600 |
600 |
600 |
470 |
400 |
85 |
75 |
表3.排状引线用铜铝接头
|
尺寸/mm(δ*B*L) |
无绝缘时许用电流/A |
|
4*40*200 |
320 |
|
5*40*200 |
400 |
|
5*50*220 |
500 |
|
5*60*220 |
600 |
|
6*60*240 |
720 |
|
8*60*260 |
960 |
|
8*80*260 |
1280 |
|
8*100*280 |
1600 |
|
10*80*300 |
1600 |
|
10*100*300 |
2000 |
1.6.5. 圆形引线用铜铝接头见表2，排状引线用铜铝接头见表3。
1.7. SL11-M-30～1600/10铝线变压器的主要材料消耗如表4，硅钢片采用DQ147-30。
表4.铝线变压器的主要材料消耗
|
容量/kVA |
铝线重（高压/低压）/kg |
铁心重量/kg
|
绝缘油重/kg |
|
30 |
19.8/8.5 |
88.5 |
80 |
|
50 |
30.8/13.1 |
123 |
95 |
|
63 |
36.5/14.7 |
147.5 |
105 |
|
80 |
38.2/18.3 |
179 |
120 |
|
100 |
46.9/21.7 |
206 |
125 |
|
125 |
47.7/23 |
247 |
140 |
|
160 |
64.5/28.1 |
296.5 |
160 |
|
200 |
58.7/31.5 |
365 |
185 |
|
250 |
78.5/36.1 |
406 |
200 |
|
315 |
101/38.9 |
475 |
215 |
|
400 |
120.8/50.8 |
585 |
275 |
|
500 |
139/56 |
670 |
310 |
|
630 |
171.3/62.5 |
825 |
380 |
|
800 |
192.4/72.5 |
955 |
455 |
|
1000 |
184.7/87 |
1020 |
530 |
|
1250 |
216.2/99 |
1230 |
600 |
|
1600 |
246.7/122.6 |
1510 |
735 |
2. 铝线变压器焊接工艺
2.1. 铜排与铝排（或铜线与铝线）的焊接
2.1.1. 焊接工艺:
（1）氧—丙烷（天燃气）；
（2）氧—乙炔石油液化汽的药芯焊丝火焰钎焊；
（3）电阻焊；
（4）感应焊。
2.1.2. 焊接工具：
装有石油液化汽（天燃气）的气瓶、钎焊焊枪。
2.1.3. 焊前处理：
（1）应保证焊接时焊枪的火焰能在接头处四周均匀加热。可做卡具，使焊接处空出以便于四周加热。
（2）用碱液或金属清洗液将焊接处油污等污物清洗掉，再用铜刷（或钢丝刷或刮刀或粗砂纸）将接头焊接处表面上的绝缘层刮去。
注意：不能抛光，因为钎焊是靠毛细焊接的，抛光后不利于焊接。
2.1.4. 火焰的控制及加热
选用工具优先选用加热均匀的空气助燃焊枪（焊枪带气流控制阀和旋转装置，火焰经焊嘴旋转而出，喷出的火焰火力均匀）。优先选用还原性火焰（天燃气、石油液化汽燃烧的火焰）。
加热方法：火焰要柔和，并能完全包覆焊接区域。应以连接区域为中心，上下及左右移动火焰使连接区域受热均匀（当不同种金属连接时，应多加热导热性能好的金属。如铜铝焊接时，应多加热铜部件，以保证连接的部件温度一致）。
填焊丝方法：先加热母材（千万不要一开始就加热上海工泽厚提供的铜铝药芯焊丝，否则木材温升不够焊接不牢靠），在加热的同时，可用铜铝药芯焊丝碰触连接区域的工件（靠工件母材的温度熔化焊丝，焊接效果更好），当发现铜铝药芯焊丝能够熔化时，应立即进给铜铝药芯焊丝，并停止加热以免过烧而损坏母材。进给铜铝药芯焊丝，直至熔化的钎料填满焊缝为止（由于熔化的钎料是由毛细作用而渗入焊缝的，所以当看见焊缝处充满钎料的时候，即可停止进给焊丝以避免不必要的浪费）。
冷却方法：焊接完成后，移开焊枪可让其自然冷却。
注意：焊接时避免火焰长时间对准某一点，且焊接温度不宜超过630℃，避免将母材烧坏。
推荐采用铜铝药芯焊丝来焊接铜铝接线排；
当采用铜铝药芯焊丝时，其工作温度只有420-480℃，远低于母材的熔化温度，因此更稳安全。接头处也不会形成硬脆的高电阻率共晶相。
2.1.5. 焊后处理：
冷却后不需要进一步处理，钎剂残余物虽可见但无腐蚀性，不吸潮且附着牢固。如确需要，建议采用物理方法清除。如浸泡后采用金属刷去除（如有小毛刷则可用细砂纸打磨掉）。
2.2. 铝排的焊接
2.2.1. 铝排一般选用纯铝（含铝量≥99.7%）。
铝排在焊接过程中容易出现如下缺陷：
在铝的表面极易生成一层致密的氧化膜（Al2O3）。氧化膜的熔点约为2050℃，密度低，焊接时对母材与母材之间，母材与填充材料之间的熔合起阻碍作用，影响操作者对熔池金属熔化情况的判断，还会造成焊缝金属夹杂，影响焊接质量。
铝具有较高的导热性和热容量，因此焊接时应选用能量集中的热源。
因为铝的熔点为658℃（AA4047焊材的共晶点为577℃），比较低。高温时的强度和塑性低（370℃时，δb=10N/mm2)，所以当操作不慎时便会出现烧穿，焊缝反面焊漏等缺陷。
铝的线膨胀系数和结晶收缩率约为碳钢的2倍，因而焊接的变形大，对厚度较大或刚性较大的结构，大的收缩应力还可能导致焊接接头产生裂纹。
由于液态铝可以溶接大量的氢，并具有高的导热性，在焊接时液态铝迅速凝固，吸收氢气来不及析出，而留在焊接金属中聚集形成气孔。另外，焊丝成型过程中如果使用了润滑油而没有清除干净，则在钎焊过程中有机物可能热分解产生大量气体裹入到熔体中形成微小的气孔。
2.2.2. 焊接方法的选择
铝的焊接方法主要取决于焊接的结构、工件厚度、生产条件和对焊接质量的要求等。铝排的焊接可分别采用气焊（中性焰，适用厚度为0.5～12mm），钨极氩弧焊（电源采用交流或直流反接，适用厚度为1.0～10mm），熔化极氩弧焊（电源采用直流反接，适用厚度≥3mm）。
2.2.3. 焊接工艺要点
气焊主要焊接铝排和接头。当焊接零件厚度≥15mm时应进行焊前预热，预热温度为200～300℃；当焊件厚度≥4mm时，可采用右焊法。
焊接工艺：
①焊接火焰应选用中性焰，严禁使用氧化焰。用氧化焰则产生氧化物夹杂，用还原焰，则铝表面要发黑;
②焊炬与焊件的夹角一般为30°～60°。其夹角的大小应随材料厚度和焊件温度的改变而相应改变；
③焊丝与焊炬的夹角一般为80°～100°。焊厚板或堆焊时，用焊丝搅拌熔池，以使液态金属良好的熔合和夹杂浮出；
④焊嘴号码与焊丝直径的选择见表5；
⑤焊接应尽量采用搭接，个别情况可采用对接；
⑥在焊接过程中，动作要迅速，焊炬略做上下跳动。应注意加热状态，先变暗后呈银灰色，当看到氧化铝薄膜略微起皱纹时，应迅速加入焊丝；
⑦如有必要，焊后在3小时之内清除焊渣及焊粉等。
具体采用何种规格和钎剂的铜铝药芯焊丝，请根据我们的联系方式进一步沟通确定。
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