Сухія трансфарматары: прынцып працы, схемы, дэталі і тэхнічныя характарыстыкі

Сухія трансфарматары - гэта статычныя электрамагнітныя сілавыя прылады, якія выкарыстоўваюць натуральную канвекцыю паветра або прымусовае астуджэнне, а не вадкія дыэлектрыкі для дасягнення пераўтварэння напругі і бяспечнай электрычнай ізаляцыі, мінімізацыі небяспекі пажару і экалагічных рызык у памяшканнях і цяжкіх прамысловых умовах.

З першага погляду

Агляд сухіх трансфарматараў

Сухія трансфарматары забяспечваюць найважнейшае, пажарабяспечнае рэгуляванне напружання і размеркаванне электрычнасці ў сучасных электрасетках без выкарыстання вадкіх дыэлектрыкаў.

Сучасныя кіраўнікі аб'ектаў і інжынеры-электрыкі сутыкаюцца са складанай задачай: забеспячэнне высокай шчыльнасці магутнасці, найвышэйшай надзейнасці і абсалютнай пажарнай бяспекі ў кампактных памяшканнях або экалагічна адчувальных месцах. Запоўненыя вадкасцю трансфарматары, хоць і традыцыйныя, нясуць неад'емныя абавязацельствы, такія як уцечкі таксічнай вадкасці, дарагія ёмістасці для стрымлівання, складаныя сістэмы пажаратушэння і павышаныя цыклы тэхнічнага абслугоўвання.

Сухія трансфарматары ліквідуюць гэтыя працоўныя кропкі трэння. Выкарыстанне высакаякасных цвёрдых ізаляцыйных матэрыялаў (такіх як эпаксідная смала і папера Nomex) разам з аптымізаванымі шляхамі канвекцыі паветра, гэтыя прылады забяспечваюць выключную электрычную трываласць і цеплавую трываласць. У сучасных прамысловых комплексах, шматпавярховых будынках, падземных транзітных сетках і заводах па аднаўляльных крыніцах энергіі блокі сухога тыпу перайшлі ад альтэрнатыўнага рашэння да базавага інжынернага стандарту. Разуменне іх асноўных прынцыпаў працы, механічнай архітэктуры, спецыфікацый матэрыялаў і працэдур тэхнічнага абслугоўвання мае важнае значэнне для вызначэння сістэм харчавання, якія максімальна павялічваюць час бесперапыннай бесперабойнай працы, мінімізуюць небяспекі пры эксплуатацыі і забяспечваюць выдатную аддачу ад інвестыцый.

1. Фундаментальная фізіка пераўтварэння напружання

Сухія трансфарматары - гэта статычныя электрамагнітныя прылады, якія працуюць строга па прынцыпах электрамагнітнай індукцыі, павялічваючы або паніжаючы ўзроўні напружання без вадкіх асяроддзяў. Калі пераменнае напружанне падаецца на першасную абмотку, яно стварае дынамічны магнітны паток, які змяняецца ў часе, унутры цэнтральнага ламінаванага сталёвага стрыжня. Гэты пераменны магнітны паток праходзіць праз стрыжань і злучаецца непасрэдна з другаснай абмоткай. У адпаведнасці з законам індукцыі Фарадэя, адпаведная электрарухаючая сіла (ЭРС) індукуецца на другасных клемах, прама прапарцыйная каэфіцыенту павароту паміж першаснай і другаснай шпулькамі.

Асноўнае адрозненне паміж агрэгатамі вадкаснага і сухога тыпу заключаецца ў механізме астуджэння і ізаляцыі. Вадкія прылады залежаць ад мінеральнага алею або сінтэтычных эфіраў для паглынання цяпла ад ядра і перадачы яго праз выпраменьванне. Сухія трансфарматары, як правіла, з выкарыстаннем эпаксіднай смалы, выкарыстоўваюць цвёрдыя дыэлектрычныя матэрыялы ў спалучэнні з натуральнай цыркуляцыяй паветра (AN) або прымусовай вентыляцыяй (AF) праз унутраныя каналы астуджэння.

2. Асноўныя электрамагнітныя ўзаемасувязі і разліковыя сістэмы

Суадносіны, якія рэгулююць пераўтварэнне напружання, вызначаюцца фундаментальным ураўненнем ЭРС, выкліканай трансфарматарам:

У гэтай фармулёўцы:

• E  ўяўляе сабой сярэднеквадратычнае (RMS) індуцыраванае напружанне ў вольтах (В).

• f  - частата сістэмы ў герцах (Гц).

• N  пазначае агульная колькасць віткоў дроту на канкрэтнай абмотцы.

Сам магнітны паток з'яўляецца здабыткам плошчы папярочнага сячэння стрыжня ($A$) і максімальнай шчыльнасці патоку (Bm):

Ідэальныя каэфіцыенты перадачы напружання і току паміж першасным бокам (індэкс 1) і другасным бокам (індэкс 2) непасрэдна адпавядаюць колькасці віткоў абмоткі (N1 і N2):

Тут I1 і I2 прадстаўляюць першасны і другасны токі поўнай нагрузкі, дэманструючы адваротную залежнасць паміж токам і напружаннем, неабходнымі для захавання энергіі, за вылікам страт унутранага стрыжня і медзі.

Канструктыўныя кампаненты і характарыстыкі матэрыялаў

Высокаэфектыўныя сухія трансфарматары пабудаваны з выкарыстаннем стрыжняў з крэмніевай сталі з перакрыццем, высакаякасных сістэм цвёрдай ізаляцыі і высокадакладных паветраных каналаў.

Каб супрацьстаяць нагрузкам пры кароткім замыканні, цеплавым пашырэнні і цяжкіх умовах эксплуатацыі, асобныя кампаненты сухога трансфарматара павінны адпавядаць строгім металургічным і электрычным патрабаванням. Кожны элемент — ад выраўноўвання зерняў у магнітным стрыжні да геаметрыі абмоткі фальгі — непасрэдна ўплывае на цеплавую эфектыўнасць прылады, узровень гуку і агульны тэрмін службы.

1. Канструкцыя ядра і аптымізацыя магнітнай схемы

Магнітны стрыжань служыць асноўным шляхам для пераменнага магнітнага патоку. У высокаэфектыўных сухіх трансфарматарах выкарыстоўваецца халоднакатаная крамніновая сталь (CRGO), пакрытая неарганічнай ізаляцыяй. Каб паменшыць страты на віхравыя токі і лакальны перагрэў, асобныя пласты падтрымліваюць тонкімі, звычайна ад 0,23 мм да 0,30 мм.

Сучасная вытворчасць выкарыстоўвае крокавую кладку стрыжняў са скошаным стрыжнем. Замест стыкоўных злучэнняў пад вуглом 90 градусаў ламінаты выразаныя з дакладнасцю пад вугламі 45 градусаў са зрушэннем перакрыцця крокаў. Гэтая канструкцыя выраўноўвае лініі магнітнага патоку ўздоўж зярністай структуры сталі, значна зніжаючы страты халастога ходу, зніжаючы патрабаванні да току ўзбуджэння і зніжаючы акустычны шум на 3-8 дБ у параўнанні са звычайнымі канструкцыямі злучэнняў.

2. Архітэктура намоткі і дыэлектрычныя матэрыялы

Фізічная геаметрыя і ізаляцыя шпулек трансфарматара непасрэдна вызначаюць яго ўстойлівасць да кароткага замыкання і цеплавую ўстойлівасць. У абмотках высокага напружання (HV) звычайна выкарыстоўваюцца суцэльныя дыскі або шматслойныя секцыі, у той час як у абмотках нізкага напружання (LV) выкарыстоўваюцца шырокія медныя або алюмініевыя лісты фальгі, а не круглыя ​​правады.

Абмоткі з фальгі даюць істотныя электрычныя і механічныя перавагі:

• Ліквідацыя восевага напружання: Лісты фальгі цягнуцца па ўсёй вышыні шпулькі, практычна выключаючы восевыя механічныя сілы падчас кароткіх замыканняў унізе.

• Рассейванне цяпла: бесперапынны металічны пласт памяншае лакалізаваныя цеплавыя гарачыя кропкі і паскарае перадачу цяпла вонкі да астуджальных каналаў.

• Паменшаны частковы разрад: раўнамерныя градыенты напружання па слаях шпулькі прадухіляюць лакалізаваныя канцэнтрацыі напружання, падтрымліваючы ўзровень частковага разраду выключна нізкім.

Структурная ізаляцыя абапіраецца на высокатэмпературныя дыэлектрычныя матэрыялы, такія як арамідная папера Nomex, эпаксідныя смалы, армаваныя шкловалакном, і сістэмы ізаляцыі класа F або класа H. Класы цеплаізаляцыі сухога трансфарматара вызначаюцца як клас F або клас H:

• Ізаляцыя класа F: Працоўная цеплавая мяжа дазваляе максімальнае павышэнне тэмпературы абмоткі на 105 К (пры стандартных умовах навакольнага асяроддзя). Гэта асноўны галіновы стандарт.

• Ізаляцыя класа H: Працоўная цеплавая мяжа дазваляе максімальнае павышэнне тэмпературы абмоткі на 150 К (пры стандартных умовах навакольнага асяроддзя), зарэзервавана для спецыяльных патрабаванняў або патрабаванняў да высокіх тэмператур.

Асноўныя тыпы і архітэктурныя адрозненні

Сухія трансфарматары пабудаваны з выкарыстаннем дзвюх асноўных ізаляцыйных архітэктур: трансфарматараў з адліванай смалы (CRT) і блокаў, прасякнутых вакуумным ціскам (VPI).

Выбар правільнай архітэктуры трансфарматара ў значнай ступені залежыць ад асяроддзя ўстаноўкі. У той час як канструкцыі CRT і VPI працуюць у сухім выглядзе без вадкіх дыэлектрыкаў, іх метады вытворчасці, структурная інкапсуляцыя і дапушчальныя паказчыкі навакольнага асяроддзя істотна адрозніваюцца. Выбар адпаведнай канструкцыі патрабуе ацэнкі вільготнасці ўчастка, уздзеяння хімічных рэчываў, ваганняў тэмпературы навакольнага асяроддзя і даступнасці тэхнічнага абслугоўвання.

1. Трансфарматары з літой смалы (ЭПТ): адпаведнасць канструкцыі і навакольнага асяроддзя

Трансфарматары з літой смалы (CRT) маюць высакавольтныя абмоткі, цалкам залічаныя ў эпаксідную смалу ў строгім вакуумным працэсе. Папярэдне нагрэтыя змеявікі змяшчаюцца ў герметычныя ліцейныя формы, куды пад глыбокім вакуумам упырскваецца вадкая эпаксідная смала, напоўненая крэмневай мукой. Гэты працэс цалкам ліквідуе мікрапустоты ў матрыцы смалы, падтрымліваючы ўзровень частковага разраду на вельмі нізкім узроўні - як правіла, ніжэй за 10 піка-кулонаў (пКл).

Гэтая цвёрдая інкапсуляцыя з эпаксіднай смалы робіць ЭПТ практычна неўспрымальным да вільгаці, пылу і агрэсіўнай прамысловай атмасферы. Яны ідэальна падыходзяць для суровых умоў, такіх як марскія платформы, хімічныя заводы, горназдабыўныя месцы і вільготныя прыбярэжныя раёны. Тоўсты пласт смалы таксама забяспечвае выключную структурную трываласць, дапамагаючы шпулькам вытрымліваць сур'ёзныя электрамеханічныя сілы падчас кароткага замыкання сеткі.

Для цяжкіх прамысловых аб'ектаў, якія патрабуюць кампактнага размеркавання плошчы, высокай механічнай трываласці і поўнай абароны ад вільгаці, выбар высокапрадукцыйнага трохфазнага сухога трансфарматара забяспечвае надзейную падачу энергіі без рызыкі прабоя дыэлектрыка або ўцечкі вадкасці. Акрамя таго, гэтыя блокі з суцэльнага адлівання адпавядаюць строгім еўрапейскім класіфікацыям прадукцыйнасці C2, E2 і F1 па экалагічнай бяспецы і вогнеўстойлівасці.

2. Трансфарматары з вакуумнай прапіткай (VPI): інжынерная гнуткасць

У трансфарматарах з вакуумнай насычэннем пад ціскам (VPI) выкарыстоўваецца працэс насычэння адкрытым поліэфірным або сіліконавым лакам, а не цвёрдая эпаксідная смола. Папярэдне накручаны стрыжань і вузлы шпулькі змяшчаюцца ў ёмістасць пад ціскам, дзе высокі вакуум выдаляе паветра і вільгаць з ізаляцыйных слаёў. Затым упырскваецца высокатэмпературны сінтэтычны лак, які апускае вузел, пасля чаго ствараецца станоўчы ціск, каб лак глыбока ўвайшоў у кожную пору. Нарэшце, вузел вытрымоўваецца ў печы з адукацыяй цвёрдага, вільгацеўстойлівага злучэння.

Канструкцыі VPI прапануюць відавочныя практычныя перавагі:

• Выдатнае рассейванне цяпла, паколькі больш тонкі пласт ізаляцыі дазваляе цяплу эфектыўна выходзіць з правадыроў.

• Меншы фізічны вага і меншая плошча ў параўнанні з суцэльналітымі альтэрнатывамі.

• Выдатная рамонтапрыдатнасць, паколькі асобныя шпулькі часта можна абслугоўваць або перамотваць на месцы, не выкідваючы ўсю зборку.

Для ўнутраных падсобных памяшканняў, камерцыйных офісных цэнтраў і сухіх вытворчых прадпрыемстваў трансфарматары VPI забяспечваюць эканамічнае рашэнне з выдатнай перагрузачнай здольнасцю і тэрмічнай стабільнасцю.

3. Параўнанне архітэктурных адрозненняў CRT і VPI

Тэхнічныя характарыстыкі і характарыстыкі

Пры выбары сухіх трансфарматараў для сетак размеркавання электраэнергіі інжынеры павінны вызначыць асноўныя электрычныя і працоўныя параметры ў адпаведнасці са стандартнымі канфігурацыямі сеткі:

• Дыяпазон магутнасці: Намінальная магутнасць ахоплівае ад 30 кВА да 31 500 кВА.

• Высокае напружанне: звычайна 6,6 кВ і вышэй (напрыклад, 6,6 кВ, 10 кВ, 11 кВ, 22 кВ, 33 кВ, 35 кВ).

• Вектарныя групы / Сімвалы злучэння: стандартныя канфігурацыі злучэння ўключаюць Dyn11, Yyn0, Ynd11, Ynyn0 і Yd11.

• Метады астуджэння: AN (Air Natural) або AF (Air Forced, павышэнне магутнасці да 30–50%).

• Клас ізаляцыі: Клас F (стандартнае павышэнне 105 K) або клас H (спецыяльнае павышэнне 150 K).