W przypadku korzystania z energii elektrycznej konieczna jest zmiana napięcia z jednego poziomu na drugi. Transformatory suche (inaczej chłodzone powietrzem) spełniają tę funkcję tak bezpiecznie i wydajnie, że są szeroko stosowane w instalacjach wewnętrznych w budynkach użyteczności publicznej i mieszkalnych, gdzie inne typy tych urządzeń są uważane za zbyt ryzykowne.
Rodzaje transformatorów: płynne i suche
Zasadniczo istnieją dwa różne typy takiego urządzenia: izolowane cieczą i chłodzone (typ cieczowy) oraz chłodzone powietrzem lub mieszanką powietrzno-gazową (typ suchy).
W przypadku transformatorów pierwszego typu czynnikiem chłodzącym może być zwykły olej mineralny. Stosowane są również inne substancje, takie jak węglowodory zmniejszające palność i płyny silikonowe. Takie transformatory mają rdzeń i uzwojenia zanurzone w zbiorniku z ciekłym medium, który służy zarówno jako izolator, jak i chłodziwo.
Najczęstsze suszenie mechanicznetransformatory mają uzwojenia wypełnione żywicą epoksydową, która służy jako izolator. Chroni przewodniki przed kurzem i korozją atmosferyczną. Jednak ponieważ formy do odlewania kręgów są używane tylko w stałych wymiarach, jest mniej miejsca na zmiany w konstrukcji takich urządzeń. W zakresie powszechnie stosowanym w zasilaniu małych przedsiębiorstw przemysłowych, a także budynków użyteczności publicznej i mieszkalnych, transformatory suche całkowicie powielają zakres mocy ich płynnych odpowiedników.
Główne parametry
Najważniejszym momentem w pracy omawianych urządzeń jest zapewnienie reżimu temperaturowego uzwojeń. Aby pomóc w doborze lub zakupie aparatu suchego do zasilania różnych obiektów, rozważymy kilka podstawowych parametrów eksploatacyjnych:
- Moc, kVA.
- Napięcie znamionowe pierwotne i wtórne.
- Rozpraszanie ciepła systemu izolacji jest sumą maksymalnej temperatury otoczenia + średniego wzrostu temperatury uzwojeń + różnicy między średnim wzrostem temperatury uzwojeń a najwyższą temperaturą w nich.
- Rdzeń i cewki - szczególnie niepokojące jest możliwe uszkodzenie rdzenia lub nagromadzenie się rozwarstwień (przewody miedziane lub aluminiowe).
Istnieją różne typy strukturalne transformatorów, określone głównie przez metody stosowane do izolowania ich uzwojeń. Wśród nich znane są: impregnacja próżniowa, hermetyzacja i cewka odlewana. Rozważmy każdy z nich z osobna.
Izolacja z impregnacją próżniową (VPI)
Ta technologia tworzy wykończenie lakieru na przewodach poprzez naprzemienne cykle ciśnienia i próżni. Proces VPI wykorzystuje żywice poliestrowe. Zapewnia przewodom lepsze wykończenie lakieru niż tradycyjne zanurzanie. Pokryte nim kręgi są następnie umieszczane w piecu, w którym odbywa się pieczenie. Są znacznie bardziej odporne na wyładowania koronowe. Jak wygląda taki transformator? Jego zdjęcie jest zamieszczone poniżej.
Enkapsulacja próżniowa (VPE)
Ta metoda zwykle przewyższa proces VPI. Podczas procesu produkcyjnego dodawanych jest kilka zanurzeń w celu zamknięcia kręgu, po czym ich powłoka jest wypalana w piecu. Transformatory te zapewniają lepszą ochronę przed agresywnymi i wilgotnymi środowiskami niż ich odpowiedniki VPI. Jak wygląda taki transformator? Jego zdjęcie prezentujemy poniżej.
Enkapsulacja (uszczelnianie)
Zamknięte transformatory to konwencjonalne urządzenia z uzwojeniami pokrytymi związkami krzemu lub żywicą epoksydową i całkowicie zamknięte w ciężkiej obudowie. Proces produkcyjny wypełnia uzwojenia gęstą żywicą epoksydową o wysokiej wytrzymałości dielektrycznej, chroniącą transformator przed wszystkimi środowiskami.
Zwoje odlewane (z formowanej zagęszczonej żywicy epoksydowej)
Te urządzenia zawierają cewki, które są zatopione w żywicy epoksydowej podczas procesu formowania. Są całkowicie wypełnione żywicą pod działaniempróżnia.
Każda metoda izolacji uzwojeń jest specjalnie dostosowana do określonych środowisk. Bardzo ważne jest, aby zrozumieć, gdzie najlepiej używać odpowiednich typów urządzeń. Na przykład transformatory z żywicy odlewanej na sucho kosztują około 50% więcej niż produkty VPE lub VPI. Tym samym wybór konkretnego typu urządzenia może znacząco wpłynąć na całkowity koszt projektu.
Zalecenia dotyczące wyboru
Wszędzie tam, gdzie wymagana jest zwiększona odporność na wyładowania koronowe (tj. wyładowania elektryczne spowodowane natężeniem pola przekraczającym wytrzymałość dielektryczną izolacji), gdy nie jest wymagana zwiększona wytrzymałość mechaniczna uzwojeń, należy zastosować transformator typu VPI.
Stosuj je z cewkami odlewanymi, gdy wymagana jest dodatkowa wytrzymałość i ochrona, na przykład w trudnych warunkach, takich jak zakłady przetwarzania chemicznego, fabryki materiałów budowlanych i instalacje zewnętrzne. Agresywne środowiska obejmują substancje, które mogą niekorzystnie wpływać na uzwojenia innych transformatorów suchych, w tym sole, kurz, gazy korozyjne, wilgoć i cząstki metalu.
Ponadto uzwojenia odlewane z żywicy mają zwiększoną odporność na krótkotrwałe i powtarzające się przeciążenia, typowe dla wielu procesów produkcyjnych.
Inżynier często musi dokonać wyboru między żywicą laną a typem VPI/VPE w przypadku krytycznych zastosowań i trudnych warunków. Pierwszy typ jest ogólnie uważany za najlepszy. Niektórzy producencizwraca się jednak uwagę, że izolacja z żywicy lanej ogranicza żywotność transformatora. Współczynnik rozszerzalności cieplnej żywicy epoksydowej jest mniejszy niż przewodników miedzianych. Cykliczne rozszerzanie się i kurczenie w miarę nagrzewania się i schładzania cewek może ostatecznie spowodować pękanie żywicy. Należy również zauważyć, że transformator typu VPI może lepiej radzić sobie z takimi procesami, a tym samym dłużej. Ostatecznie ostateczny wybór należy do elektryka.
Płyn kontra suchy
Transformatory wypełnione cieczą są zwykle bardziej wydajne niż transformatory napełniane na sucho, dzięki czemu mają dłuższą żywotność. Ponadto ciecz jest bardziej wydajnym medium do chłodzenia lokalnych obszarów o wysokiej temperaturze w uzwojeniach. Ponadto urządzenia wypełnione płynem mają lepszą zdolność przeciążania.
Tak więc transformator suchy 1000 kVA przy połowicznym obciążeniu ma poziom strat około 8 kW, a przy pełnym obciążeniu około 16 kW. Jednocześnie ten sam „tysiąc”, ale płynny, ma około połowy odpadów. Olej „dwutysięcznik” przy połowicznym obciążeniu generuje straty rzędu 8 kW, a przy pełnym obciążeniu 16 kW. Jego suchy odpowiednik charakteryzuje się kosztami odpowiednio 13 i 26,5 kW. Oznacza to, że wątpliwą przewagę pod względem strat mają transformatory suche. Jednocześnie ich cena jest wyższa niż płynnych.
Ze względu na intensywniejsze chłodzenie uzwojeń, urządzenia płynne mają mniejsze wymiary (głębokość i szerokość) niż urządzenia suche o tej samej mocy. Możewpływ na wymaganą powierzchnię podstacji transformatorowych (zwłaszcza zabudowanych), a co za tym idzie na koszt całego obiektu. Tak więc typowy transformator suchy 1000 KVA ma głębokość 1,6 m i szerokość 2,44 m. Jednocześnie podobny transformator olejowy na bliskiej głębokości ma szerokość około 1,5 m. Ale ten typ jednak, ma wiele wad.
Na przykład ochrona przeciwpożarowa jest ważniejsza w przypadku transformatorów płynnych, gdy stosuje się palne chłodziwo. To prawda, że suche transformatory również mogą się zapalić. Niewłaściwie używane urządzenie typu płynnego może nawet eksplodować.
W zależności od warunków pracy, produkty wypełnione płynem mogą wymagać tacy ociekowej do zbierania wycieków chłodziwa.
Być może przy wyborze transformatorów przejście od wyraźnej preferencji typu suchego do typu płynnego wynosi od 500 kVA do 2,5 MVA, przy czym pierwszy typ najlepiej jest używany do dolnej granicy zakresu, a drugi powyżej.
Ważnym czynnikiem przy wyborze typu jest lokalizacja instalacji transformatora, na przykład wewnątrz budynku biurowego lub na zewnątrz, a także obsługa obciążeń przemysłowych.
Transformatory suche powyżej 5MVA są łatwo dostępne, ale wiele z nich jest wypełnionych cieczą. W przypadku instalacji na zewnątrz ten typ jest również dominujący.
Kilka słów o wentylacji
Kiedy transformator jest wyposażony w dmuchawę, obciążenie można znacznie zwiększyć. Tak więc do uzwojeń odlewanychfunkcja ta może podnieść nośność ciągłą do 50% powyżej obciążenia nominalnego. W przypadku typów VPE lub VPI wzrost mocy w tym przypadku może wynosić do 33%.
Na przykład moc standardowego transformatora odlewanego 3000 kVA, wyposażonego w wentylator dmuchawy, wzrasta do 4500 kVA (o 50%). W tym samym czasie typ 2500 kVA VPE lub VPI z wentylatorem podniesie go do 3,333 kVA (o 33%).
Jednakże należy zawsze brać pod uwagę fakt, że obecność dmuchawy zmniejsza ogólną niezawodność systemu. Jeśli wentylator ulegnie awarii podczas pracy z dmuchaniem pod obciążeniem wyższym niż nominalne, to istnieje realne ryzyko poważnej awarii, w wyniku której można stracić cały transformator.
A co z rynkiem rosyjskim?
Warto zauważyć, że w ostatnich latach w Rosji istnieje stała tendencja do powtarzania doświadczeń Europy, gdzie do 90% wszystkich nowo instalowanych transformatorów jest typu suchego. Rynek odpowiednio reaguje. Dziś w Federacji Rosyjskiej dostępne są oferty takich urządzeń od dwóch grup producentów. Pierwsza z nich to marki rosyjskie, włoskie, chińskie i koreańskie. Zasadniczo oferowane są konstruktywne odpowiedniki znanych rosyjskich marek: TSZ, TSL, TSGL. Ile kosztuje taki suchy transformator? Cena typowego „tysiąca” waha się od 900 tysięcy do 1 miliona rubli.
Druga grupa obejmuje producentów niemieckich i francuskich. Oferują gatunki z serii DTTH, GDNN, GDHN. Ile będzie kosztował taki importowany transformator? Cena tego samego „tysiąca” wyniesie od 1,5 do 2 milionów rubli.
