Co to jest w pełni uszczelniony transformator rozdzielczy

We współczesnych sieciach dystrybucyjnych, czy to na obszarach mieszkalnych, w centrach handlowych, czy w parkach przemysłowych, można spotkać rodzaj urządzeń elektroenergetycznych o okrągłym kształcie i pozbawionych tradycyjnej „wielkiej poduszki olejowej” - w pełni uszczelnione transformatory dystrybucyjne. Dzięki unikalnej, uszczelnionej konstrukcji i bezobsługowym właściwościom stopniowo zastępuje tradycyjny otwarty transformator zanurzony w oleju i staje się głównym wyborem w przypadku modernizacji miejskich i wiejskich sieci energetycznych.

I. Co to jest w pełni uszczelniony transformator rozdzielczy?

Całkowicie uszczelniony transformator rozdzielczy to zanurzony w oleju transformator mocy z całkowicie spawanym i uszczelnionym zbiornikiem oleju. Największą różnicą w wyglądzie pomiędzy transformatorami tradycyjnymi jest wyeliminowanie konserwatora oleju (poduszki olejowej) i pochłaniacza wilgoci (respiratora). Pokrywa skrzynki i krawędź skrzynki zwykle mają konstrukcję spawaną lub trwale uszczelnioną, aby całkowicie odizolować wewnętrzny olej transformatorowy od atmosfery środowiska zewnętrznego.

Automatycznie kompensuje rozszerzanie się i kurczenie objętości oleju spowodowane zmianami obciążenia oraz wzrostem i spadkiem temperatury w wyniku elastycznego rozszerzania i kurczenia się falistej ściany zbiornika oleju lub chłodnicy rozprężnej, całkowicie blokując w ten sposób wnikanie powietrza i wilgoci przy jednoczesnym utrzymaniu stabilnego ciśnienia wewnętrznego.

II. Podstawowe zasady techniczne

1. Struktura uszczelniająca

• Uszczelka zbiornika paliwa

Uszczelnianie zbiornika oleju w całkowicie uszczelnionym transformatorze rozdzielczym jest jedną z podstawowych technologii firmy, którą osiąga się głównie poprzez zastosowanie wysokowydajnych materiałów uszczelniających i zaawansowanych procesów uszczelniania. Jako główny element nośny transformatora, szczelność zbiornika oleju bezpośrednio wpływa na możliwości ochronne sprzętu i długoterminową niezawodność działania. Zwykle zbiornik paliwa jest uszczelniony za pomocą gumowych lub metalowych uszczelek połączonych ze śrubami o wysokiej wytrzymałości, aby zapewnić całkowitą izolację wnętrza zbiornika paliwa od środowiska zewnętrznego. Taki sposób uszczelnienia pozwala nie tylko skutecznie zapobiec przedostawaniu się wilgoci, kurzu i innych czynników korozyjnych do wnętrza zbiornika, ale także w pewnym stopniu złagodzić wpływ zmian ciśnienia wewnętrznego wywołanych wzrostem temperatury oleju transformatorowego na konstrukcję zbiornika. Ponadto kluczowy jest dobór materiałów uszczelniających i należy kompleksowo rozważyć ich odporność na olej, odporność na wysokie temperatury i właściwości przeciwstarzeniowe. Na przykład kauczuk nitrylowy jest szeroko stosowany w uszczelnieniach zbiorników oleju w całkowicie uszczelnionych transformatorach rozdzielczych ze względu na doskonałą odporność na olej i wytrzymałość mechaniczną. Badania pokazują, że rozsądna konstrukcja uszczelnienia zbiornika może znacząco poprawić poziom ochrony transformatora i zmniejszyć awaryjność spowodowaną zewnętrznymi czynnikami środowiskowymi.

• Uszczelnianie części łączących

Oprócz uszczelnienia zbiornika oleju, decydującą rolę w ogólnej skuteczności uszczelnienia odgrywają również środki uszczelniające każdą część łączącą transformatora. Elementy łączące w pełni uszczelnionego transformatora rozdzielczego obejmują głównie tuleje, przełączniki zaczepów, urządzenia chłodzące itp. Elementy te mogą powodować uszkodzenie uszczelnienia z powodu wibracji, zmian temperatury i innych czynników podczas pracy. Z tego powodu zwykle stosuje się wielowarstwową konstrukcję uszczelniającą w połączeniu z łącznikami o dużej wytrzymałości, aby zapewnić niezawodność uszczelnienia części łączącej. Na przykład na połączeniu obudowy ze zbiornikiem oleju często stosuje się pierścień uszczelniający w kształcie litery „O” i metalowy kołnierz w celu zwiększenia efektu uszczelnienia. W przypadku części ruchomych, takich jak przełączniki zaczepów, wymagana jest dynamiczna konstrukcja uszczelnienia, aby dostosować się do ich niewielkiego przemieszczenia podczas pracy. Ponadto materiał uszczelniający części łączących musi charakteryzować się dobrą elastycznością i odpornością na korozję, aby sprostać złożonym warunkom pracy. Badania wykazały, że naukowa i rozsądna konstrukcja uszczelnienia części łączących może nie tylko poprawić ogólną skuteczność uszczelnienia transformatora, ale także skutecznie zmniejszyć prawdopodobieństwo typowych usterek, takich jak wyciek oleju.

2. System izolacji

• Dobór materiału izolacyjnego

System izolacji w pełni uszczelnionego transformatora rozdzielczego jest podstawową gwarancją jego parametrów elektrycznych, a dobór materiałów izolacyjnych wpływa bezpośrednio na jego wydajność izolacji i niezawodność działania. W zastosowaniach praktycznych powszechnie stosowane materiały izolacyjne obejmują głównie papier impregnowany olejem mineralnym, żywicę epoksydową i folię poliestrową. Każdy z tych materiałów ma swoją własną charakterystykę i nadaje się do różnych scenariuszy pracy. Na przykład papier impregnowany olejem mineralnym jest szeroko stosowany w systemie izolacji tradycyjnych transformatorów rozdzielczych ze względu na jego dobre właściwości izolacyjne i stabilność termiczną; podczas gdy żywica epoksydowa odgrywa ważną rolę w transformatorach suchych ze względu na doskonałą wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję chemiczną. W przypadku całkowicie szczelnych transformatorów rozdzielczych przy wyborze materiałów izolacyjnych należy wziąć pod uwagę specyfikę środowiska pracy, taką jak wilgotność, zakres zmian temperatury i warunki obciążenia. Ponadto, w miarę jak wymagania ochrony środowiska stają się coraz bardziej rygorystyczne, nowe, przyjazne dla środowiska materiały izolacyjne, takie jak bezhalogenowe i bezhalogenowe o niskiej emisji dymu, stopniowo stają się gorącym obszarem badań. Badania pokazują, że racjonalny dobór materiałów izolacyjnych może nie tylko poprawić parametry izolacyjne transformatora, ale także wydłużyć jego żywotność i obniżyć koszty konserwacji.

• Projekt konstrukcji izolacji

Projekt konstrukcji izolacji jest ważną częścią systemu izolacji w pełni uszczelnionego transformatora rozdzielczego. Jego rozsądny układ i projekt naukowy są bezpośrednio związane z wydajnością elektryczną i bezpieczeństwem operacyjnym transformatora. W zastosowaniach praktycznych struktura izolacji zwykle przyjmuje konstrukcję warstwową, aby uzyskać skuteczną izolację pomiędzy komponentami o różnych potencjałach. Na przykład pomiędzy uzwojeniami a rdzeniem umieszcza się wiele warstw papieru izolacyjnego, aby zwiększyć wytrzymałość izolacji elektrycznej; jednocześnie przegrody izolacyjne służą do oddzielenia uzwojeń wysokiego napięcia od uzwojeń niskiego napięcia, aby uniknąć wystąpienia wyładowań niezupełnych. Ponadto projekt konstrukcji izolacyjnej musi również w pełni uwzględniać naprężenia termiczne i naprężenia mechaniczne, którym może podlegać transformator podczas pracy, aby zapewnić jego stabilność w złożonych warunkach pracy. Badania pokazują, że optymalizacja konstrukcji konstrukcji izolacyjnej może nie tylko poprawić wydajność izolacji transformatora, ale także skutecznie zmniejszyć awaryjność spowodowaną awarią izolacji. Szczególnie na obszarach położonych na dużych wysokościach, ze względu na rozrzedzenie powietrza prowadzące do zmniejszenia wytrzymałości elektrycznej, konstrukcja konstrukcji izolacyjnej musi zostać specjalnie dostosowana, aby spełnić wymagania operacyjne w specjalnych środowiskach.

3. Mechanizm odprowadzania ciepła

• Naturalne odprowadzanie ciepła

Mechanizm rozpraszania ciepła całkowicie szczelnego transformatora rozdzielczego jest ważną gwarancją jego normalnej pracy. Naturalna metoda rozpraszania ciepła jest szeroko stosowana w małych i średnich transformatorach ze względu na jej prostą i niezawodną charakterystykę. Naturalne odprowadzanie ciepła opiera się głównie na promieniowaniu cieplnym i konwekcji na powierzchni kadzi transformatora w celu przeniesienia ciepła wytworzonego wewnątrz do otaczającego środowiska. W szczególności, gdy transformator pracuje, ciepło wytwarzane przez uzwojenia i żelazny rdzeń jest najpierw przenoszone na wewnętrzną ścianę zbiornika oleju poprzez przewodzenie ciepła, a następnie rozpraszane do otaczającego środowiska poprzez promieniowanie cieplne i konwekcję powietrza na powierzchni zbiornika oleju. Aby poprawić naturalną efektywność rozpraszania ciepła, na powierzchni zbiornika paliwa zwykle umieszcza się radiatory lub struktury faliste, aby zwiększyć powierzchnię rozpraszania ciepła i poprawić efekt konwekcyjnego przenoszenia ciepła. Ponadto projekt radiatora musi kompleksowo uwzględniać takie czynniki, jak przewodność cieplna, współczynnik kształtu i układ materiału, aby osiągnąć optymalną wydajność rozpraszania ciepła. Badania pokazują, że rozsądna konstrukcja naturalnego odprowadzania ciepła może nie tylko zapewnić bezpieczną pracę transformatora pod obciążeniem znamionowym, ale także skutecznie przedłużyć jego żywotność.

• Wymuszone chłodzenie (jeśli występuje)

W przypadku całkowicie szczelnych transformatorów dystrybucyjnych pracujących przy dużej mocy lub dużym obciążeniu samo naturalne odprowadzanie ciepła może nie być w stanie zaspokoić potrzeb w zakresie rozpraszania ciepła. W takim przypadku należy wprowadzić metody wymuszonego rozpraszania ciepła, aby zwiększyć możliwości rozpraszania ciepła. Wymuszone odprowadzanie ciepła zwykle osiąga się za pomocą urządzeń pomocniczych, takich jak wentylatory i pompy olejowe, a wymuszony obieg czynników chłodzących (takich jak powietrze lub olej transformatorowy) służy do przyspieszenia przenoszenia i rozpraszania ciepła. Na przykład w niektórych scenariuszach zastosowań wymagających dużego obciążenia grzejniki chłodzone powietrzem można zastosować do napędzania przepływu powietrza przez wentylatory, aby znacznie poprawić efektywność rozpraszania ciepła. W bardzo dużych transformatorach często stosuje się systemy chłodzenia z wymuszonym obiegiem oleju, które transportują gorący olej do zewnętrznej chłodnicy przez pompę olejową w celu schłodzenia, a następnie spływają z powrotem do transformatora. Zaletą metody wymuszonego chłodzenia jest duża zdolność rozpraszania ciepła i szybka reakcja, ale ma ona również wady związane z wysokim zużyciem energii i skomplikowaną konserwacją. Dlatego w zastosowaniach praktycznych należy dokonać rozsądnego wyboru w oparciu o pojemność, środowisko pracy i charakterystykę obciążenia transformatora, aby osiągnąć równowagę pomiędzy wydajnością rozpraszania ciepła a ekonomią.

III. Podstawowe zalety w porównaniu z tradycyjnymi transformatorami

• Znacząco wydłużona żywotność: Ponieważ tlen i wilgoć nie mogą przedostać się do środka, szybkość starzenia się oleju izolacyjnego jest zmniejszona o ponad 50%, degradacja papierowych materiałów izolacyjnych jest spowolniona, a projektowana żywotność może sięgać 20 do 30 lat.
• Prawdziwie bezobsługowy: podczas pracy nie ma potrzeby regularnych przeglądów rdzenia, wymiany środka pochłaniającego wilgoć w respiratorze, uzupełniania oleju lub oleju filtracyjnego, wymagane są jedynie przeglądy zewnętrzne, a koszty eksploatacji i konserwacji zmniejszają się o ponad 60%. Szczególnie nadaje się do instalacji w miejscach o niewygodnym transporcie lub w sytuacjach bez nadzoru.
• Wysoka niezawodność i możliwość dostosowania do środowiska: Stopień ochrony może osiągnąć IP67 i jest odporny na kurz, mgłę solną, wilgoć i korozyjne środowisko przybrzeżne, a nawet może działać po krótkim zanurzeniu w wodzie. Jednocześnie ze względu na brak konserwatora oleju zajmuje mniejszą powierzchnię i charakteryzuje się większą wytrzymałością mechaniczną na zwarcia.
• Bezpieczeństwo i ochrona środowiska: Olej jest odizolowany od powietrza, co zmniejsza ryzyko powstania szlamu i zagrożenia pożarowego na skutek utleniania oleju, a także zapobiega zanieczyszczeniu środowiska zewnętrznego przez olej.

IV. Ograniczenia i uwagi

• Koszt początkowy jest nieco wyższy: linia do produkcji zbiorników na olej falisty i technologia płyt elastycznych są złożone, a koszt jest o około 15% do 20% wyższy niż w przypadku zwykłych transformatorów o tej samej mocy, ale często jest bardziej opłacalny pod względem całkowitego kosztu cyklu życia (TCO).
• Konserwacja jest trudna: w przypadku wystąpienia nieszczelności spoiny trudno jest ją dokręcić tak łatwo, jak połączenie śrubowe na miejscu i zwykle należy zwrócić ją do fabryki w celu naprawy; a niektóre modele nie posiadają zewnętrznego, przezroczystego wskaźnika poziomu oleju, dlatego do wykrycia poziomu oleju potrzebna jest sonda, a monitorowanie nie jest tak intuicyjne jak w przypadku tradycyjnych.
• Punkty kontroli przed rozpoczęciem pracy: Przed instalacją i obsługą należy usunąć stałą płytkę dociskową transportową (trzpień uszczelniający) na zaworze upustowym ciśnienia, w przeciwnym razie ciśnienie nie zostanie uwolnione przy nieprawidłowym ciśnieniu wewnętrznym, co może spowodować deformację zbiornika.

V. Główne scenariusze zastosowań

W pełni uszczelnione transformatory dystrybucyjne są szeroko stosowane w:

• Miejska i mieszkaniowa sieć dystrybucyjna: obszary mieszkalne, kompleksy handlowe, podziemne rozdzielnie energetyczne (wysokie wymagania w zakresie odporności na wilgoć);
• Obszary o trudnym środowisku: przybrzeżne obszary mgły solnej, chemiczne parki przemysłowe, kopalnie, obszary położone na dużych wysokościach i o dużej wilgotności;
• Nowa energia i peryferie: farmy fotowoltaiczne/wiatrowe, transformacja wiejskich sieci energetycznych, transformatory dystrybucyjne na obszarach górskich (gdzie niewygodna konserwacja);
• Podstacja skrzynkowa: Jako wbudowana jednostka główna oszczędza miejsce i poprawia ogólne uszczelnienie.

Wraz z popularyzacją S20, SH15 i innych stopów amorficznych oraz wysokowydajnych wyrobów z blachy ze stali krzemowej, w pełni uszczelnione transformatory rozdzielcze stają się bardziej stabilnym i bezproblemowym „niewidzialnym strażnikiem” w sieci dystrybucyjnej, napędzanym podwójnym napędem oszczędzania energii i redukcji zużycia („tło „podwójnego węgla”) oraz inteligentnej obsłudze i konserwacji.