Особенности конструкции, преимущества и недостатки сухих трансформаторов

Сухие трансформаторы представлены двумя классами – это оборудование с литой и воздушно-барьерной изоляцией на напряжение 6 или 10кВ. В компании предлагают конструктив оборудования под конкретные запросы заказчика.

Область применения сухих трансформаторов

Благодаря специфической конструкции сухие трансформаторы используются для решения большого числа задач в городской инфраструктуре и промышленности. Они применяются там, где требуется соблюдение мер экологической безопасности людей и окружающей среды.

К главным задачам относятся следующие направления деятельности:

1. Распределение электроэнергии. Благодаря надежной конструкции и отсутствию протечек масла сухие трансформаторы устанавливают в помещениях и на территориях административных зданий: банков, больниц, торговых и культурно-развлекательных центров, офисов, учебных корпусов, IT-центров. Они широко применяются в городской инфраструктуре: военных объектах, аэропортах, морских платформах и портах, складских терминалах, для жилищно-коммунального комплекса и в промышленности.

2. Повышение электроэнергии. Применение в ветроэнергетике, на гелиостанциях и ТЭЦ, использование в промышленных электроустановках. 

3. Преобразователи и выпрямители. Применение на предприятиях непрерывного цикла, в грузоподъёмных системах, в системах кондиционирования воздуха и в конструкциях индукционных печей, сварочных линий и насосных установок

Рис. №1. Пример распределения электроэнергии

Цель задействования сухих трансформаторов в конструкции выпрямителей и тяговых преобразователей – это стремление достичь комфортных для эксплуатации характеристик. Что позволяют сделать сухие трансформаторы?

К положительным эффектам использования оборудования с оптимизированной конструкцией, учитывающей допустимые условия гармоник, относится достижение низких суммарных потерь. Компактные размеры за счет отсутствия радиаторов и расширителя позволяют установку в стесненных пространствах. Для применения трансформатора в качестве тягового преобразователя важны устойчивость оборудования к частым колебаниям характеристик электросети. Конструкция выполнена с запасом надежности к нагреву во время работы.

При использовании трансформатора в конструкции ветрогенераторов и гелиостанций, помимо низких потерь, важным является стойкость к атмосферным разрядам до 125 кВ и адаптация к изменяющимся нагрузкам. Невысокий уровень шума создает комфортные условия эксплуатации. Компактные размеры позволяют монтировать оборудование внутри колонны ветрогенератора.

Применению трансформаторов в морских портах, терминалах и прочем способствуют:

• Конструктивная особенность, учитывающая приложения уровня гармоник

• Компактные размеры и небольшая масса

• Адаптация конструкции в любом небольшом месте установки

• Эффективный теплоотвод и охлаждение из-за специальной оболочки.

Особенности конструкции

Для изготовления сухих трансформаторов задействованы передовые технологии проектирования и производства. Каждый трансформатор проходит обязательную сертификацию качества на соответствие ISO9001:2000. 

Надежность и безопасная эксплуатация сухих трансформаторов достигается за счет качества изоляции обмоток и конструктива. На эффективность характеристик влияет технология производства. Самая распространенная – заливка обмоток изоляционным компаудом с вакуумировкой. 

Рис. №2. Конструкция сухого трансформатора с литой изоляцией

Магнитный сердечник (2) в виде колонок набранных из специальной зернистой электротехнической стали, нормализующий и уменьшающий потери.

Рис. №3. Внешний вид магнитного сердечника

Обмотки ВН (1) изолированы компаудом, залитым при вакуумировании.

Обмотка НН (3) выполнена из алюминиевых полос фольги, изолирована специальной пропиткой в вакууме. 

Сердечник отделен от обмоток резиной (6), которая поглощает расширение компонентов под воздействием тепла и вибрацию, что понижает рабочий шум.

Колонны обмоток изолированы (10) эпоксидной смолой, которая минимизирует обслуживание, в отличие от маслонаполненных трансформаторов. 

Изоляция (14) с классом по нагревостойкости F- 155ОС допускает превышение температуры обмоток на 100 градусов Цельсия. Повышение температуры допускается в соответствии со стандартом МЭК 60076 и ГОСТ Р 52719.

Со стороны ВН установлены выводы для размещения регулировочных перемычек (7), которыми выставляют требуемое напряжение первичной обмотки. Регулировка производится при отключении оборудования от питающей сети.

Шинопроводы (13) можно присоединять прямо к контактам трансформатора.

Контакты низкого напряжения (4) размещаются стандартно сверху, или снизу в зависимости от запроса.

Контакты высокого напряжения (5) расположены внизу или наверху, по стандартным правилам или в зависимости от желаний заказчика. Контакты соединены перемычками, соединяющими обмотки в схему «треугольник».

Для наблюдения за температурой предусмотрены термодатчики РТ и РТС (11), которые внедрены в обмотку НН.

Корпус размещается на стальной раме (8), оборудованной металлическими роликами (9) для безопасного перемещения трансформатора к месту монтажа в кожухи с определенным уровнем защиты. С их помощью оборудование транспортируется к мету хранения. Подъем осуществляется с помощью четырех рым-болтов (12). 

Что собой представляют обмотки

Конструктив обмотки высокого напряжения

Обмотка производится на специализированых обмоточных станках с компьютеризированным управлением и настройкой. Изготавливается из цельного рулона алюминиевой фольги, прослоенной с двух сторон изоляцией. Технология обеспечивает равномерное распределение слоев изолирующей смолы изнутри и снаружи обмотки. Подобный способ гарантирует распределение диэлектрического потенциала по высоте обмотки и предупреждает образование трещин при испытаниях и во время работы.

«Первичка» оборудована латунными выводами в виде втулок с медными болтами и гайками, к которым крепятся перемычки, благодаря которым напряжение устанавливается с точностью ±2 х 2,5%. 

Рис. №4. Распределение напряжения между витками в обмотках ВН. 

В сухих трансформаторах используется обмотка из фольги, которая обладает стойкостью к импульсным перенапряжениям и повышению напряжения сети. В изоляции нет частичных разрядов. А при коротких замыканиях на обмотки воздействуют минимальные осевые силы.

Особенности обмотки низкого напряжения

Изготовление производится на обмоточных станках из алюминиевой ленты. Изоляция обладает классом нагревостойкости F или H. Обмотка представляет собой компактный цилиндр, что повышает стойкость к осевым и радиальным деформациям при возникновении короткого замыкания в питающей внешней цепи напряжения.

Рис. №5. Обмотка низкого напряжения

Вводы и выводы привариваются по всей протяженности под электронным управлением в среде инертного газа. Это дает гарантию механической и электрической надежности контактного соединения. Эпоксидная смола, которой пропитана обмотка в вакууме равномерно распределена по всей изоляции и обеспечивает компактность устройства.

Рис. №6. Сварка выводов обмоток низкого напряжения вольфрамовым электродом в среде инертного газа

Влагонепроницаемость трансформатора гарантирована в течение всей службы.

Для контроля состояния обмоток предусмотрены терморезисторы РТС с положительным коэффициентом. Они размещены в самом нагреваемом месте обмотки. Порог срабатывания устанавливается в зависимости от требований и условий эксплуатации. 

Достоинства и недостатки

Рассмотрим достоинства и недостатки сухих трансформаторов в сравнении с маслонаполненными.

Достоинства сухих трансформаторов 

К преимуществам относятся следующие факторы:

1. Конструктивная надежность не требует наличия специальной системы пожаротушения. Пожарная безопасность достигается заливкой эпоксидным компаудом. 

2. Низкий уровень шума и безопасная, не требующая больших затрат, эксплуатация позволяют оптимизировать систему электроснабжения, так как подразумевают установку внутри помещения. Это дает возможность снизить протяженность линий низкого напряжения.

3. Несмотря на капиталовложения по приобретению оборудования потребитель значительно экономит электричество за счет минимизации потерь в кабелях низкого напряжения. 

4. Потери сокращает и сам трансформатор за счет снижения потерь на холостой ход и короткое замыкание. При средних перегрузках потери снижаются на 45%, при высоких на 45%. 

5. Сохранение экологической безопасности при низких выбросах углекислого газа и уменьшении отрицательного влияния на экологию. После окончания эксплуатации трансформатора все конструктивные материалы перерабатываются и утилизируются.

6. Монтаж сухого трансформатора с литой изоляцией не нуждается в предварительных подготовительных работах, как, например, строительство площадки для маслонаполненного оборудования.

7. Применение воздушного охлаждения повышает перегрузочную способность в отличие от маслонаполненных. Трансформаторы обладают стойкостью к кратковременным повторяющимся нагрузкам, например, большим пусковым токам. Работают в перегруженном состоянии до тех пор пока обмотки не нагреются сверх допустимой долговременной температуры. Нагрузочную способность можно увеличить с помощью принудительной вентиляции. С помощью дополнительного охлаждения обеспечивается запас мощности на случай аварийных ситуаций при неработающем параллельном трансформаторе.

Таблица сравнения сухих трансформаторов и масляных 

Если сравнивать сухие трансформаторы с литой и воздушно-барьерной изоляцией, то первые чувствительны к перегрузкам из-за того, что обмотка заключена в литую компаудную «рубашку». Компауд вследствие аварийных перегрузок стареет и разрушается. Для воздушно-барьерной изоляции такой проблемы нет. Воздух, который является основной изоляционной средой, изменяется в процессе работы. Значит, трансформатор выдерживает большие электродинамические и тепловые нагрузки.

Минус воздушно-барьерной изоляции перед литой – влажность и загрязненность воздуха. Поглощение пыли и влаги, особенно с наличием агрессивных веществ уменьшает электрическую прочность обмоток.

Рис. №7. Сравнение сухих трансформаторов с воздушно-барьерной изоляцией (воздушные), масляных и трансформаторов с литой изоляцией

Недостатки сухих трансформаторов

Потенциальную опасность для подобного оборудования представляют: повышенная влажность, загрязнения и химическое воздействие, ветер. То есть факторы, которые создает среда, в которой трансформаторы эксплуатируются. Эти опасности касаются как оборудования с литой изоляцией, так и с воздушно-барьерной изоляцией. Как следствие – ограничение по климатическому исполнению. Из-за чувствительности к перепадам температур оборудование не рекомендуется устанавливать на открытом воздухе без защитного кожуха.  

Конструктивный недостаток – отсутствие анцапфы, то есть убавить или повысить напряжение можно только перемычками со стороны высокого напряжения. 

Стоимость сухих трансформаторов выше, чем у масляных, но минимум затрат на эксплуатацию оправдывают покупку.

Рис. №8. Экономические преимущества трансформаторов с литой изоляцией

Обслуживание

Обслуживание сухого трансформатора с литой изоляцией начинается перед включением в работу. Трансформаторы подвергаются осмотру, приемо-сдаточным и, если необходимо, типовым испытаниям. Испытания подтверждаются протоколом проверки.

После испытания трансформатор вводится в эксплуатацию. Сухие трансформаторы не требуют больших расходов на обслуживание. Все обслуживание сводится к минимуму. Включает: визуальный осмотр, проверку нагрева контактных соединений тепловизором, очистку от загрязнений и пыли. Контроль за нагревом обмоток с помощью температурных датчиков.

Вывод.

При эксплуатации сухого трансформатора, например, в качестве ТСН на подстанции или понижающего трансформатора 10/0,4 кВ на любом объекте масло не капает, шума нет. Эксплуатационники могут только радоваться подобному оборудованию. 

Таким образом, мы видим, что сухие трансформаторы с литой и воздушно-барьерной изоляцией с классом напряжения 6 – 10кВ создают потенциальные экономические преимущества при работе. Энергоэффективные сухие трансформаторы окупаются за счет минимизации затрат на потери и расходы на эксплуатацию.