Що таке сухі трансформатори? Технічні характеристики і область застосування

При використанні електроенергії необхідна зміна напруги одного рівня на інший. Сухі трансформатори (інакше - з повітряним охолодженням) виконують цю функцію настільки безпечно і ефективно, що вони широко використовуються для внутрішньої установки в громадських і житлових будівлях, де інші типи цих пристроїв вважаються занадто ризикованими.

Типи трансформаторів: рідинні і сухі

В принципі, є два різних типи такого пристрою: з рідинної ізоляцією і охолодженням (рідинний тип) і з охолодженням повітрям або повітряно-газовою сумішшю (сухий тип).

Для трансформаторів першого типу охолоджуючої середовищем може бути звичайне мінеральне масло. Застосовуються також і інші субстанції, такі як важкозаймисті вуглеводні і кремнійорганічні рідини. Такі трансформатори мають сердечник і обмотки, занурені в бак з рідким середовищем, яка служить і ізолятором, і охолоджувачем.

Найбільш поширені силові сухі трансформатори мають обмотки, залиті епоксидною смолою, яка є ізолятором. Вона захищає провідники від пилу і атмосферної корозії. Однак оскільки прес-форми для лиття котушок застосовуються тільки з фіксованими розмірами, то можливостей для зміни конструкції таких пристроїв менше. В діапазоні, що звично використовуються в електропостачанні невеликих промпідприємств, а також громадських і житлових будівель, сухі трансформатори повністю дублюють ряд потужностей своїх рідинних аналогів.

Основні параметри

Найвідповідальніший момент при експлуатації розглянутих пристроїв - це забезпечення температурного режиму обмоток. Щоб допомогти у виборі або придбанні апарату сухого типу для електропостачання різних об`єктів, розглянемо кілька основних експлуатаційних параметрів:

1. Потужність, кВА.
2. Номінальна напруга первинної і вторинної обмотки.
3. Тепловіддача ізоляційної системи - сума максимальної температури навколишнього середовища + середній підйом температури в обмотках + різниця між середнім підйомом температури в обмотках і найвищим показником в них.
4. Сердечник і котушки - особливе значення мають можливі пошкодження сердечника або накопичення розшарувань (мідних або алюмінієвих провідників).

Існують різні конструктивні типи трансформаторів, які визначаються, перш за все, застосовуваними способами ізоляції їх обмоток. Серед них відомі: вакуумна просочення, капсулирование і лита котушка. Розглянемо кожен з них окремо.

Ізоляція способом вакуумного просочення (VPI)

Ця технологія створює лакове покриття провідників шляхом чергування циклів тиску і вакууму. VPI-процес використовує поліефірні смоли. Він забезпечує провідникам краще покриття лаком, ніж при звичайному зануренні до складу. Котушки, покриті їм, потім поміщаються в піч, де відбувається запікання. Вони виходять набагато більш стійкими до виникнення коронних розрядів. Як виглядає такою трансформатор? Фото його розміщено нижче.

Ізоляція способом вакуумного капсулирования (VPE)

Цей метод зазвичай перевершує VPI-процес. Кілька занурень додаються в процесі виготовлення для капсулювання котушки, після чого їх покриття запікається в печі. Ці трансформатори мають кращий захист від впливу агресивних і вологих середовищ, ніж їх VPI-аналоги. Як виглядає такою трансформатор? Фото його представлено нижче.

Капсулювання (герметизація)

Капсульованих трансформатори - це звичайні пристрої з обмотками, покритими кремнийсодержащими складами або епоксидною смолою і повністю укладені в великоваговий кожух. Виробничий процес заповнює обмотки щільною епоксидною смолою з високою діелектричної міцністю, захищаючи трансформатор від будь-яких впливають середовищ.

Литі котушки (в формованої ущільненої епоксидної смоли)

Ці пристрої містять котушки, закапсулувалися в епоксидну смолу в процесі формування. Вони повністю заповнюються смолою під дією вакууму.

Кожен із способів ізоляції обмотки спеціально підходить для конкретних середовищ. Дуже важливо зрозуміти, де краще використовувати відповідні типи пристроїв. Наприклад, сухі трансформатори з литою ізоляцією стоять приблизно на 50% дорожче, ніж вироби VPE або VPI. Таким чином, вибір конкретного типу пристрою може значно впливати на загальну вартість проекту.

Рекомендації по вибору

При необхідності підвищеної стійкості до коронним розрядами (Т. Е. Електричним розрядам, викликаним напруженістю поля, що перевищує діелектричну міцність ізоляції), коли підвищеної механічної міцності обмоток не потрібно, слід використовувати VPI-тип трансформатора.

Застосовуйте їх з литими котушками, коли потрібна додаткова міцність і захист, наприклад, в агресивних середовищах, таких як хімічні технологічні установки, заводи будматеріалів, а також для зовнішньої установки. Агресивні середовища включають речовини, які можуть згубно позначатися на обмотках інших сухих трансформаторів, в тому числі солі, пил, їдкі гази, волога і металеві частинки.

Крім того, обмотки з литою ізоляцією мають поліпшену здатність витримувати короткочасні і повторювані перевантаження, характерні для багатьох виробничих процесів.

Інженеру часто доводиться робити вибір між пристроєм з литою ізоляцією або її VPI / VPE-типом для застосування в критичних умовах і агресивних середовищах. Перший тип, як правило, вважається кращим. Деякі виробники, однак, вказують, що лита смоляная ізоляція обмежує термін служби трансформатора. Коефіцієнт теплового розширення епоксидної смоли менше, ніж у мідних провідників. Циклічне розширення і стиснення з нагріванням і охолодженням котушок в кінцевому підсумку може викликати розтріскування смоли. Відзначається також, що трансформатор VPI-типу може краще впоратися з такими процесами і тому служить довше. Зрештою, остаточний вибір залишається за інженером-енергетиком.

Рідинний тип проти сухого

Рідинно-заповнені трансформатори, як правило, мають більш високий ККД, ніж сухі, тому у них більший термін служби. Крім того, рідина є більш ефективною середовищем для охолодження локальних областей високої температури в обмотках. Плюс до всього, рідинно-заповнені пристрої мають кращу перевантажувальної здатністю.

Так, сухий трансформатор 1000 кВА при половинному завантаженні має рівень втрат приблизно 8 кВт, а при повній - близько 16 кВт. При цьому такий же «тисячник», але рідинний, має приблизно вдвічі менші розтрати. Масляний «двотисячник» при половинному завантаженні несе втрати 8 кВт, а при повній - 16 кВт. Його сухий аналог характеризується витратами в 13 і 26,5 кВт відповідно. Це означає те, що сумнівну першість за рівнем втрат тримають саме сухі трансформатори. Ціна їх при цьому вище, ніж у рідинних.

Внаслідок більш інтенсивного охолодження обмоток рідинні пристрої мають менші габарити (глибину і ширину), ніж сухі аналогічної потужності. Це може впливати на необхідну площу трансформаторних підстанцій (Особливо вбудованих), а значить, і на вартість всього об`єкту. Так, типовий сухий трансформатор 1000 кВА має глибину 1,6 м, а ширину 2,44 м. При цьому аналогічний масляний при близькому глибині має ширину близько 1,5 м. Але у цього типу є, однак, і ряд недоліків.

Наприклад, протипожежний захист важливіша для рідинних трансформаторів при використанні охолоджуючої середовища, здатної до займання. Правда, сухі трансформатори теж можуть спалахнути. Неправильно яке експлуатується пристрій рідинного типу може навіть вибухнути.

Залежно від умов експлуатації для рідинно-заповнених виробів може знадобитися пристрій піддону для збору охолоджувача при можливих його витоках.

Можливо, при виборі трансформаторів ділянку переходу від однозначної переваги сухого типу до рідинного укладається між 500 кВА і 2,5 МВА, причому перший тип переважно використовується до нижньої межі діапазону, а другий вище неї.

Важливим фактором вибору типу є місце установки трансформатора, наприклад, всередині офісної будівлі або зовні, а також обслуговування промислових навантажень.

Сухі трансформатори потужністю понад 5МВА цілком доступні, але багато хто з них є рідинно-заповненими. При зовнішній установці цей тип також є переважаючим.

Кілька слів про вентиляцію

При оснащенні трансформатора вентилятором обдуву навантаження можна істотно підняти. Так, для литих обмоток така функція може підняти тривало допустиме навантаження на 50% вище номінальної. Для VPE або VPI-типів приріст потужності в цьому випадку може скласти до 33%.

Наприклад, потужність стандартного трансформатора в 3000 кВА з литою обмоткою при оснащенні його вентилятором обдуву зростає до 4500 кВА (на 50%). У той же час VPE- або VPI-тип потужністю 2500 кВА при наявності вентилятора підніме її до 3,333 кВА (на 33%).

Втім, потрібно завжди враховувати, що наявність вентилятора обдування знижує загальну надійність системи. Якщо при роботі з обдувом під навантаженням вище номінальної вентилятор відмовить, то є реальний ризик виникнення важкої аварії, внаслідок якої можна втратити весь трансформатор.

А що на російському ринку?

Варто відзначити, що в останні роки в Росії сформувалася стійка тенденція повторювати досвід Європи, де до 90% всіх знову встановлюваних трансформаторів відноситься до сухого типу. Відповідно реагує і ринок. Сьогодні в РФ є пропозиції таких пристроїв від двох груп виробників. До першої з них можна віднести російські, італійські, китайські та корейські бренди. В основному пропонуються конструктивні аналоги відомих російських марок: ТСЗ, ТСЛ, ТСГЛ. Скільки ж коштує такий сухий трансформатор? Ціна типового «тисячника» варіюється від 900 тисяч до 1 мільйона рублів.

До другої групи належать німецькі та французькі виробники. Вони пропонують марки серій DTTH, GDNN, GDHN. У що ж обійдеться такий імпортний трансформатор? Ціна все того ж «тисячника» складе від 1,5 до 2 мільйонів рублів.

Статті схожі на "Що таке сухі трансформатори? Технічні характеристики і область застосування"

Однофазний трансформатор. Призначення, пристрій і основні характеристики

Трансформатори - це невід`ємна частина електроніки

Як правильно підбирати трансформатори для галогенних ламп

Пристрій і принцип роботи трансформатора