Преимущества и недостатки трансформаторов с сухой изоляцией

Линии электроснабжения сегодня нуждаются в качественном оборудовании, которое сможет обеспечить подачу тока необходимого значения. В России на пути передачи электричества конечному потребителю применяют сухие трансформаторы. Они повышают, понижают напряжение, меняют частоту, фазность тока. Что такое сухой трансформатор, особенности применения, конструктивные особенности трансформаторной установки будут рассмотрены далее. Как выбрать оптимальное устройство российского и зарубежного производства, помогут советы специалистов.

Характеристики сухих трансформатов

Перед установкой сухого трансформатора важно точно определить его технические характеристики, которые предоставят базовую информацию о пригодности агрегата для работы в тех или иных условиях.

Среди наиболее важных параметров выделяют:

• Номинальная мощность – определяет объем перерабатываемой электроэнергии для сухого трансформатора.
• Номинальное напряжение – показывает значение уровня напряжения, которое может подаваться на каждую из обмоток высокого, среднего и низкого потенциала.
• Перегрузочный коэффициент – показывает, на какую величину рабочая нагрузка может превышать значение номинального тока.
• Коэффициенты потерь холостого хода и короткого замыкания.
• Степень пыле- влагоустойчивости и климатического исполнения – определяет внешние условия, при которых допускается эксплуатировать агрегат и сохраняется прочность изоляции.
• Габаритные размеры и масса сухого трансформатора.

Основные параметры

Самый ответственный момент при эксплуатации рассматриваемых устройств – это обеспечение температурного режима обмоток. Чтобы помочь в выборе или приобретении аппарата сухого типа для электроснабжения различных объектов, рассмотрим несколько основных эксплуатационных параметров:

1. Мощность, кВА.
2. Номинальное напряжение первичной и вторичной обмотки.
3. Теплоотдача изоляционной системы – сумма максимальной температуры окружающей среды + средний подъем температуры в обмотках + разница между средним подъемом температуры в обмотках и самым высоким показателем в них.

4. Сердечник и катушки – особое значение имеют возможные повреждения сердечника или накопление расслоений (медных или алюминиевых проводников).

Существуют различные конструктивные типы трансформаторов, определяемые, прежде всего, применяемыми способами изоляции их обмоток. Среди них известны: вакуумная пропитка, капсулирование и литая катушка. Рассмотрим каждый из них отдельно.

Какой тип изоляции сухого трансформатора

конструкция сухого трансформатора практически такая же как и трансформатора с масляным охлаждением
Можно выделить два основных типа сухих силовых трансформаторов (помимо того, что обмотки изготавливаются либо из меди, либо из алюминия):

• сухие трансформаторы с литой изоляцией
• и воздушно-барьерной изоляцией (открытые обмотки).

Из-за применения монолитных и литых обмоток трансформаторы этой серии значительно хуже отводят тепло, поэтому в них используются проводники большего сечения. А в ходе работы отвод тепловой энергии может потребовать принудительной подачи воздуха или большего пространства в корпусе, наличия дополнительных вентиляционных каналов для отвода воздушных масс.

расположение вентиляционных отверстиий

На современном этапе развития сухих трансформаторов используется заливка изготовленных обмоток эпоксидными компаундами.

Подобные трансформаторы на сегодняшний день выпускаются как за рубежом, так и в России и странах СНГ (МЭТЗ им. В.И. Козлова РБ, ЗАО «Трансформер» г. Подольск; ГК «СВЭЛ» г. Екатеринбург и другие). Существует две технологии изготовления сухих силовых трансформаторов с литой изоляцией: 1) вакуумная технология; 2) ровинговая технология.

При производстве сухих трансформаторов по вакуумной технологии готовые обмотки трансформатора заливают в вакууме эпоксидным компаундом с кварцевым наполнителем (т.н. геафоль), процесс подготовки которого также происходит в вакууме. До конца 50-х г г. прошлого века повсеместно применялась технология заливки высоковольтных обмоток сухих трансформаторов эпоксидной смолой в воздухе. В соответствии с этой технологией обмотки высокого напряжения пропитывались изоляционным диэлектриком, а затем осуществлялась их сушка. Высоковольтные обмотки трансформатора, залитые по такой технологии, имели низкое качество, поскольку в составе катушек имелись различные примеси и микропоры, заполненные воздухом, что во многих случаях приводило к повышенным значениям частичных разрядов, быстрому старению изоляции, снижению срока службы трансформатора, а в некоторых случаях могло вызвать даже аварийный пробой изоляции.

Простота технологии изготовления пропитанных в воздухе обмоток приводила также и к другим, крайне нежелательным, последствиям: обмотки подвергались увлажнению и абсорбции влаги, что опять-таки вызывало поверхностные разряды и ускоренное старение изоляции; трансформаторы с такими обмотками не обладали необходимой механической прочностью, стойкостью к токам короткого замыкания и были достаточно громоздкими.

Вакуумная технология заливки обмоток трансформаторов, пришедшая на смену заливке обмоток в воздухе, позволила полностью исключить из состава изоляции различные примеси и газовые микропоры, значительно улучшила диэлектрическую прочность изоляции по отношению к частичным разрядам. Обработанные по этой технологии обмотки получались закрытыми со всех сторон эпоксидной оболочкой толщиной от 5 до 20 мм, что придавало им необходимую жесткость, защищало от влаги и воздействия агрессивной среды.

Конструкция и технология производства сухих трансформаторов на самом высоком техническом уровне были разработаны известной фирмой TRAFO-UNION, которая продала свою лицензию многим фирмам. Таким образом, вакуумная технология заливки обмоток распространилась на многие трансформаторные заводы и к середине 1970-х гг. стала господствующей при производстве эпоксидных трансформаторов.

Трансформаторы, изготовленные по описанной выше вакуумной технологии считались безотказными в любых условиях эксплуатации, даже в самых экстремальных. Но по мере увеличения количества трансформаторов в эксплуатации, стали выявляться следующие недостатки:

• образование трещин в эпоксидном корпусе обмотки при перегрузке порядка 60…80% номинальной мощности трансформатора, первоначально находившегося в холодном состоянии, или при охлаждении обмоток отключенного трансформатора до температуры ниже -15…-20°С;
• образование трещин было вызвано тем, что при резких перепадах температур быстро нагревающийся материал обмотки (медь) разрывал эпоксидно-кварцевый корпус обмотки. недостаточная стойкость к динамическим усилиям короткого замыкания;
• обмотки высокого и низкого напряжения составляют два независимых цилиндра обмоток, механическая прочность крепления которых в некоторых случаях оказывается недостаточным.

В результате исследований фирмой АВВ была разработана новая технология производства трансформаторов с литой изоляцией: путем герметизации слоевых обмоток с использованием чистой смолы и стеклонитей.

Идея блочной обмотки заключается в том, что обмотки низкого и высокого напряжения связаны друг с другом посредством реек из стеклопластика и образуют единый твердый блок.

Используя заполнение стекловолокном приблизительно на 80% и оптимальным образом сочетая поперечные и крестообразные направления стекловолокон в процессе намотки, удается получить чрезвычайно прочный блок обмоток с высокой механической прочностью, что исключает любое перемещение обмоток под действием поперечных или продольных сил. Это приводит к высокой устойчивости при коротких замыканиях и стабильности технических характеристик при воздействиях низких и высоких температур.

Сопротивление изоляции сухих трансформаторов

Сопротивление изоляции сухих трансформаторов при температуре обмоток 20-30 °С должно быть для трансформаторов с номинальным напряжением:

• До 1 кВ включительно – не менее 100 МОм;
• Более 1 кВ до 6 кВ включительно – не менее 300 МОм;
• Более 6 кВ – не менее 500 МОм.

Конструкция сухого силового трансформатора

Преимущества сухих трансформаторов перед масляными

Преимущества сухих трансформаторов

Пришло время рассмотреть многочисленные преимущества сухих трансформаторов.

1. Безопасность. В устройствах с использованием масла, возникает вероятность его утечки или возгорания преобразователя;
2. Простота использования и установки. Подобные трансформаторы можно устанавливать в любых помещениях. Для монтажа подходят короткие провода, а уход состоит в чистке протоков и периодическом осмотре. В то время как в «мокрых» преобразователях необходимо регулярно менять масло. Ведь в иных случаях оно меняет, а именно, ухудшает свои свойства и засоряет протоки;
3. Экологичность. Эти устройства можно устанавливать на территориях, где необходима безопасность окружающей среды. Это могут быть школы, детские сады, санатории и т.д. А стало это возможно, благодаря отсутствию масла в устройстве, а значит, отсутствует и выделение вредных веществ;
4. Простота приобретения. Вы всегда можете купить сухие печные трансформаторы на заказ или в специализированных магазинах. Стоимость приборов является относительно невысокая. Но при этом, необходимо понимать, что цена зависит от типа и мощности трансформатора.
5. Современные комплектующие. Благодаря современным комплектующим производителям удалось добиться снижения веса и уменьшения габаритов.

Недостатками сухих трансформаторов являются:

1. Высокая стоимость

Масляные трансформаторы стоят значительно меньше сухих. Это связано с увеличением количества вложений активных материалов вследствие увеличения изоляционных расстояний в воздухе и ухудшением условий охлаждения обмоток.

2. Потери

По отношению к масляным трансформаторам, сухие имеют большие потери холостого хода. Это происходит из-за увеличения размеров магнитной системы вследствие больших изоляционных расстояний.

Основные критерии выбора

Приступая к выбору модели сухого трансформатора, вы должны обратить внимание на следующее:

• Взрывозащищенность;
• Пожаробезопасность.

Помимо этого, необходимо уделить внимание эксплуатационным качествам прибора:

• Шумность;
• Размер;
• Масса;
• Экологичность.

Многие специалисты рекомендуют не экономить, и отдавать предпочтения проверенным фирмам производителям.

Несколько слов о вентиляции

При оснащении трансформатора вентилятором обдува нагрузку можно существенно поднять. Так, для литых обмоток такая функция может поднять длительно допустимую нагрузку на 50% выше номинальной. Для VPE или VPI-типов прирост мощности в этом случае может составить до 33%.

Например, мощность стандартного трансформатора в 3000 кВА с литой обмоткой при оснащении его вентилятором обдува возрастает до 4500 кВА (на 50%). В то же время VPE- или VPI-тип мощностью 2500 кВА при наличии вентилятора поднимет ее до 3,333 кВА (на 33%).

Впрочем, нужно всегда учитывать, что наличие вентилятора обдува снижает общую надежность системы. Если при работе с обдувом под нагрузкой выше номинальной вентилятор откажет, то есть реальный риск возникновения тяжелой аварии, вследствие которой можно потерять весь трансформатор.

Конструктивные особенности сухих трансформаторов с литой изоляцией

Сухие воздушные трансформаторы с литой изоляцией могут быть высоковольтными и низковольтными. Мощность этих устройств будет зависеть от типа вентиляции.

Сухие трансформаторы с естественным воздушным охлаждением могут иметь:

1. открытое (С),
2. защищенное (СЗ)
3. герметизированное (СГ) исполнение.

Трансформаторы типа СЗ закрывают защитным кожухом с отверстиями, а типа СГ— герметическим кожухом. Для повышения интенсивности охлаждения применяют обдув обмоток и магнитопровода потоком воздуха от вентилятора. Сухие трансформаторы с воздушным дутьем имеют условное обозначение СД.

Трансформаторы малой мощности выполняют, как правило, с охлаждением типа С

В некоторых случаях их помещают в корпус, залитый термореактивными компаундами на основе эпоксидных смол или других подобных материалов. Такие компаунды обладают высокими электроизоляционными и влагозащитными свойствами. После затвердевания они не расплавляются при повышенных температурах и обеспечивают надежную защиту трансформатора от механических и атмосферных воздействий.

Низковольтные преобразователи будут иметь естественную систему охлаждения.

1 — вертикальные стяжные шпильки; 2 — обмот­ки ВН; 3 — фарфоровые подкладки для прессовки обмоток; 4— стальное прессующее кольцо; 5 — опорные изоляторы отводов ВН; б — отводы ВН; 7 — фарфоровые подкладки для крепления отводов НН; 8 — доска зажимов ВН

Высоковольтные преобразователи мощность которых достигает 10 КВА имеют принудительное охлаждение.

Как видно на схеме здесь изображен сухой трансформатор без кожуха. В большинстве случаев, чтобы использовать эти устройства, вам не потребуется дополнительная изоляция. При необходимости спроектировать специальный кожух можно самостоятельно. Его мощность составляет 320 кВа. При необходимости вы можете прочесть про трансформатор ТМН.

Отводы воздушных сухих преобразователей обычно изготавливают из алюминиевых или медных проводников. Все зажимы будут выводиться на доску. Для отводов производитель использует опорные изоляторы, а для низковольтных трансформаторов производитель использует фарфоровые подкладки.

Еще к одному подвиду сухих трансформаторов можно отнести измерительные преобразователи. Это важное оборудование, которое используется для понижения цепей высокого напряжения.

По своей конструкции эти устройства также могут быть и однофазными. В зависимости от области эксплуатации их можно разделить на масляные, сухие или устройства, которые будут иметь литую изоляцию.

Область применения

Область применения слаботочных сухих трансформаторов малой мощности практически ничем не ограничена. Это всевозможные бытовые приборы, устройства и приспособления малой механизации, преобразователи и сварочное оборудование.

Сухие трансформаторы с литой изоляцией (VCC)

Благодаря влагозащищенности сухие трансформаторы с литой изоляцией (VCC) могут эксплуатироваться во влажном климате или в сильно загрязненной окружающей среде.

Это идеальный трансформатор для климата с влажностью более 95%.

Их использование допускается при температуре ниже 25°C. Для установки трансформаторов требуется небольшая площадь и минимальные установочные работы, не требуется специальных условий по соблюдению пожаробезопасности.

Сухие трансформаторы с литой изоляцией практически не требуется техническое обслуживание, сниженный нагрев обуславливает долгий срок службы.

Их можно устанавливать вблизи объекта электропотребления, тем самым уменьшив потери при прокладке кабеля. Это экологически чистые и безопасные трансформаторы, отсутствует риск утечки воспламеняющихся или загрязняющих веществ.

Высокая устойчивость к коротким замыканиям и перегрузкам.

Сухие трансформаторы с литой изоляцией могут работать в условиях сильной вибрации.

Обслуживание сухих трансформаторов

Как уже было сказано выше, сухие трансформаторы являются одними из самых простых в эксплуатации. Они практически не нуждаются в обслуживании.

Согласно всем нормам, уход за подобными приборами заключается в проверке работоспособности системы вентиляции, которую осуществляют один раз в 6 месяцев.

Не стоит забывать и о периодической очистке поверхности трансформатора от различных загрязнений и пыли. Частоту проведения очистки определяют в зависимости от степени загрязнения в помещении. Один раз в год выполняется внешний осмотр устройства, на предмет ослабления крепежа или иных повреждений.

Средний срок службы сухого трансформатора 15-25 лет. Это примерно на 5-10 лет меньше, чем у масляного трансформатора.

Но учтите, что масляный трансформатор прослужит дольше только при регулярной замене масла в баке. А в сухом трансформаторе нет охлаждающей жидкости. Поэтому выбор в пользу сухого трансформатора – это реальная экономия на обслуживании и безопасность для потребителей электроэнергии.

Видео: Трансформатор сухой принцип работы

Почему трансформатор называют сухим ?

Схемы подключения температурного реле

Система контроля температуры сухих преобразователей напряжения на всех трех фазах и в нескольких точках сердечника реализована автоматическим образом на базе подключения теплового реле типа РТ 100, соединённого посредством температурных датчиков с точками замера температуры действующего оборудования.

Тепловое реле располагается на корпусе энерго установки в удобном для обслуживания и снятия показателей месте корпуса на универсальную DIN-рейку.

Схема подключения к трансформатору контактных частей теплового релейного контроля приводится ниже.

Рисунок 5. Тепловое реле РТ 100

Лимит максимальных и минимальных порогов срабатывания на сигнализацию аварии или режима отключения силового устройства допускается устанавливать силами обслуживающего персонала, но он не должен превышать допустимых значений в 140-1500 С для стандартно класса стойкости изоляции и выше для более усиленных. В Табл. 6 эти характеристики расписаны по каждому классу в деталях.

Реле подключается к питанию через модульную дифференциальную защиту, а также связана своими контактами с катушками питания вентиляторов охлаждения определенных участков оборудования сухого типа, при срабатывании РТ 100 которые начинают принудительный обдув этих областей устройства.