Physical Address
304 North Cardinal St.
Dorchester Center, MA 02124
IEC 61628-1: 电气用压花纸板 —— 规格与应用
IEC 61628-1是规定电气设备（特别是油浸式电力变压器）中使用的压花纸板要求的国际标准。压花纸板是变压器纸板（纤维素基绝缘材料）的一种特殊形式，经过压花加工形成交替的凹凸槽纹结构。这种几何形状在变压器绝缘系统中提供了独特优势，包括改善油流导向、增强机械刚度、控制爬电距离以及优化绕组和引线结构中的传热。对于变压器设计工程师而言，理解IEC 61628-1的规格对于优化绝缘系统的电气、热和机械性能至关重要。
提示： 压花纸板并非平板纸板的结构替代品——它起不同作用。瓦楞结构形成增强冷却的油循环通道，而平板纸板提供固体屏障绝缘。这两种材料在变压器设计中是互补的。
一、材料成分与制造工艺
IEC 61628-1规定压花纸板应由未漂白软木硫酸盐浆生产的高等级纤维素纤维制造，经过加工达到特定的纯度和一致性要求。纤维素浆料必须具有高α-纤维素含量（最低90%），半纤维素、木质素和灰分含量低，以确保在变压器油中的长期热稳定性和介电性能。纤维使用长网机或圆网机加工形成连续纸幅，然后在受控条件下压制和干燥，以达到所需的密度、厚度和机械性能。
压花过程是一个关键的制造步骤。基础纸板（典型厚度1.0–3.0 mm）在受控塑化状态下通过加热的压花辊，形成槽纹轮廓。标准规定压花节距（相邻凸脊之间的距离）应为8 mm或14 mm，压花高度为3.5 mm或6.5 mm，具体取决于类型。压花必须在纸板的整个宽度和长度上均匀，无裂纹、分层或表面缺陷。
根据密度和机械性能，标准定义了三个等级的压花纸板。A级为高密度（1.10–1.25 g/cm³），适用于需要最大机械强度和刚度的应用。B级为中密度（1.00–1.15 g/cm³），提供机械性能和油流特性的平衡。C级为较低密度（0.90–1.05 g/cm³），针对轻载结构中的最大油流量和热性能进行了优化。
| 性能 | A级（高密度） | B级（中密度） | C级（低密度） |
|---|---|---|---|
| 密度（g/cm³） | 1.10 – 1.25 | 1.00 – 1.15 | 0.90 – 1.05 |
| 压花节距（mm） | 8 或 14 | 8 或 14 | 8 或 14 |
| 压花高度（mm） | 3.5 或 6.5 | 3.5 或 6.5 | 3.5 或 6.5 |
| 拉伸强度 MD*（MPa） | ≥ 90 | ≥ 75 | ≥ 60 |
| 拉伸强度 CD*（MPa） | ≥ 50 | ≥ 40 | ≥ 30 |
| 压缩强度（kPa） | ≥ 800 | ≥ 600 | ≥ 400 |
| 供货水分含量（%） | 4.0 – 7.0 | 4.0 – 7.0 | 4.0 – 7.0 |
| 灰分含量（%） | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
*MD = 纵向，CD = 横向
警告： 压花纸板具有吸湿性，会从环境空气中吸收水分。供货时的水分含量（4–7%）与典型工厂湿度达到平衡。如果材料在变压器组装前暴露于高湿度条件，水分含量可能超过10%，这将降低介电强度并增加变压器制造过程中所需的干燥时间。压花纸板应在40–60% RH的受控环境中储存。
二、介电与机械性能
压花几何形状在变压器绝缘中具有双重用途。在机械方面，槽纹结构在与瓦楞垂直的方向上提供卓越的刚度，使纸板可用作绕组结构中的自支撑间隔件和油流导向器。按照标准试验方法测量的垂直于纸板平面的压缩强度必须超过每个等级规定的最小值。
在介电方面，与相同投影面积的平板相比，压花轮廓增加了沿纸板表面的爬电距离。这在电场强度高的区域（如变压器绕组的端部绝缘和引线出口结构）尤为重要。标准规定了纸板基材的介电强度必须满足IEC 60641-3-1对相应厚度和密度的要求，确保压花过程不会降低纤维素材料的固有介电性能。
压花纸板的油流特性是一个关键设计参数。压花形成平行通道，引导油流过绕组结构，通过确保油到达原本会形成死区的热区域来提高冷却效率。标准不直接规定流动特性，但几何形状（节距和高度）决定了可用于油流的截面积，直接影响变压器的热性能。
| 应用 | 压花节距 | 压花高度 | 主要功能 |
|---|---|---|---|
| 绕组轴向冷却通道 | 14 mm | 6.5 mm | 油流导向和散热 |
| 绕组径向间隔 | 8 mm | 3.5 mm | 机械间隔和局部放电控制 |
| 引线支撑结构 | 14 mm | 6.5 mm | 爬电距离延长和机械支撑 |
| 屏蔽绝缘 | 8 mm | 3.5 mm | 屏障和油流的组合功能 |
设计洞察： 压花方向相对于油流方向至关重要。压花应与主要油流方向对齐，以最小化流动阻力。当压花纸板用于绕组轴向冷却通道时，压花应垂直（平行于绕组轴线）延伸，以使油自由流过通道。将压花垂直于油流方向放置可能使流速降低30–50%，严重降低冷却性能。
三、质量保证与测试
IEC 61628-1为压花纸板的鉴定和批次验收定义了全面的测试方案。对代表性样品进行的型式试验包括：尺寸测量（压花节距、高度、纸板厚度、宽度、长度）、密度测定、纵向和横向拉伸强度、压缩强度、油中介电强度（按IEC 60243-1）、水分含量测定、灰分含量以及水萃取液的pH值和电导率。
标准还规定了每个生产批次进行的例行试验。这些包括表面缺陷外观检查、压花均匀性验证、尺寸检查和水分含量测量。该标准基于统计质量控制原则提供了详细的抽样计划和验收标准，批次大小可达500张，样本量由AQL（可接受质量水平）值确定。
提示： 接收压花纸板时，立即检查边缘是否有分层或开裂迹象。压花过程在脊线处产生机械应力，太干（水分含量低于3%）的纸板变脆，容易在压花峰处开裂。如果边缘可见裂纹，应拒收该批次——裂纹会在变压器组装过程中扩展，并可能在服役中成为局部放电源。
常见问题
问1：压花纸板能否用于干式变压器？
答：压花纸板专为油浸式变压器设计，其中油同时提供介电强度和导热性。在干式变压器（浇注树脂或真空压力浸渍）中，没有油意味着压花不能发挥其主要的油流功能。此外，纤维素材料由于吸湿性和在空气中的表面电阻率相对较低，不适合在没有油浸的露天环境中运行。
答：压花纸板专为油浸式变压器设计，其中油同时提供介电强度和导热性。在干式变压器（浇注树脂或真空压力浸渍）中，没有油意味着压花不能发挥其主要的油流功能。此外，纤维素材料由于吸湿性和在空气中的表面电阻率相对较低，不适合在没有油浸的露天环境中运行。
问2：压花纸板的最高工作温度是多少？
答：纤维素基纸板在氧气存在下于105°C以上发生热降解。在密封的油浸式变压器中（氮气覆盖运行），纤维素可在98°C（热点温度）下持续运行达到变压器的额定寿命（通常20–30年）。短期紧急过载时，最高可接受120°C的温度偏移。IEC 61628-1引用IEC 60641-1进行热分级，将纤维素纸板评定为A级（105°C）绝缘。
答：纤维素基纸板在氧气存在下于105°C以上发生热降解。在密封的油浸式变压器中（氮气覆盖运行），纤维素可在98°C（热点温度）下持续运行达到变压器的额定寿命（通常20–30年）。短期紧急过载时，最高可接受120°C的温度偏移。IEC 61628-1引用IEC 60641-1进行热分级，将纤维素纸板评定为A级（105°C）绝缘。
问3：压花纸板与皱纹纸在油流应用中相比如何？
答：压花纸板提供比皱纹纸包裹更刚性和精确控制的油流通道。压花结构在机械夹紧压力下保持其几何形状，确保在整个变压器寿命期间一致的油流路径。皱纹纸虽然更柔韧且更容易应用于不规则表面，但在夹紧压力下可能压缩和变形，可能限制油流。压花纸板是主冷却通道的首选，而皱纹纸常用于引线绝缘和柔性屏障应用。
答：压花纸板提供比皱纹纸包裹更刚性和精确控制的油流通道。压花结构在机械夹紧压力下保持其几何形状，确保在整个变压器寿命期间一致的油流路径。皱纹纸虽然更柔韧且更容易应用于不规则表面，但在夹紧压力下可能压缩和变形，可能限制油流。压花纸板是主冷却通道的首选，而皱纹纸常用于引线绝缘和柔性屏障应用。
问4：压花纸板的保质期是多久？
答：在受控环境（温度15–30°C，相对湿度40–60%）中保持原始包装储存时，压花纸板具有无限保质期。纤维素纤维在正常储存条件下不会化学降解。但是，材料会吸收或解吸水分以达到与储存环境的平衡。如果在高湿度（> 70% RH）下长时间储存，水分含量可能超过10%，使用前需要延长干燥时间。干燥过程可能引起轻微收缩和变形，在精密应用中应予以考虑。
答：在受控环境（温度15–30°C，相对湿度40–60%）中保持原始包装储存时，压花纸板具有无限保质期。纤维素纤维在正常储存条件下不会化学降解。但是，材料会吸收或解吸水分以达到与储存环境的平衡。如果在高湿度（> 70% RH）下长时间储存，水分含量可能超过10%，使用前需要延长干燥时间。干燥过程可能引起轻微收缩和变形，在精密应用中应予以考虑。
