Сухі і вадкасныя трансфарматары: поўнае параўнанне

Асноўнае тэхнічнае адрозненне паміж сухімі трансфарматарамі і напоўненымі вадкасцю трансфарматарамі заключаецца ў іх дыэлектрычнай ізаляцыі і астуджальным асяроддзі: у сухіх трансфарматарах выкарыстоўваецца цвёрдае навакольнае паветра, адліваная смала або сістэмы лаку, прасякнутыя пад вакуумным ціскам (VPI), што робіць іх выключна пажарабяспечнымі, экалагічна чыстымі і прыдатнымі для ўнутраных або экалагічна адчувальных установак без утрымання разліву, у той час як у напоўненых вадкасцю трансфарматары выкарыстоўваюцца мінеральныя алейныя або сінтэтычныя складанаэфірныя вадкасці для найвышэйшага рассейвання цяпла і электрычнай трываласці, што робіць іх ідэальнымі для высакавольтных вонкавых падстанцый, цяжкіх прамысловых нагрузак і эканамічна эфектыўнага размеркавання электраэнергіі.

Кароткі агляд: зводная табліца

Фундаментальная розніца: ізаляцыя і астуджальная серада

Асноўная тэхнічная розніца паміж сухімі трансфарматарамі і напоўненымі вадкасцю блокамі цалкам заключаецца ў хімічным стане і тэрмадынамічных паводзінах іх дыэлектрычнай ізаляцыі і астуджальнай асяроддзя, дзе сухія трансфарматары абапіраюцца на цыркуляцыю атмасфернага паветра ў спалучэнні з цвёрдай смалой або лакавай герметыкай, у той час як напоўненыя вадкасцю трансфарматары выкарыстоўваюць цыркулюючыя дыэлектрычныя вадкасці для бесперапыннага выцягвання цеплавой энергіі з стрыжня і абмоткі.

З пункту гледжання электраізаляцыі, электрычная трываласць вызначае максімальнае электрычнае поле, якое можа вытрымаць матэрыял, перш чым адбудзецца электрычны прабой. Вадкія дыэлектрычныя вадкасці, такія як рафінаваны мінеральны алей або сінтэтычныя эфірныя злучэнні, валодаюць значна больш высокімі дыэлектрычнымі напружаннямі прабоя (звычайна перавышаюць ад 40 кВ да 60 кВ праз стандартны зазор) у параўнанні з навакольным паветрам. Гэтыя найвышэйшыя дыэлектрычныя характарыстыкі дазваляюць блокам, напоўненым вадкасцю, падтрымліваць невялікія фізічныя зазоры паміж першаснымі абмоткамі, другаснымі абмоткамі і сталёвым стрыжнем з заземленым стрыжнем, што прыводзіць да вельмі кампактнай геаметрыі стрыжня і шпулькі для прымянення звышвысокага напружання (110 кВ, 220 кВ і вышэй). Наадварот, сухія трансфарматары залежаць ад цвёрдых дыэлектрычных матэрыялаў, такіх як армаваная шкловалакном эпаксідная смала або высокатэмпературная папера Nomex, дапоўненая паветранымі зазорамі, што патрабуе больш шырокага фізічнага інтэрвалу для дасягнення эквівалентных паказчыкаў вытрымлівання імпульсу (BIL).

Тэрмадынамічна рассейванне цяпла ў трансфарматарах рэгулюецца канвекцыяй, праводнасцю і выпраменьваннем. Напоўненыя вадкасцю трансфарматары выкарыстоўваюць перавагі натуральнай тэрмасіфоннай дынамікі вадкасці або прымусовай цыркуляцыі вадкасці (рэжымы астуджэння ONAN, ONAF, OFAF). Цяпло, якое выпрацоўваецца ў медных або алюмініевых абмотках, накіроўваецца непасрэдна ў навакольную вадкасць, якая цыркулюе ўверх праз радыятары, дзе цяпло рассейваецца ў навакольнае паветра. Наадварот, сухія трансфарматары выкарыстоўваюць натуральную канвекцыю паветра (AN) або прымусовыя паветранадзімалкі (AF), якія накіроўваюцца праз унутраныя астуджальныя каналы, залітыя ў абмоткавыя структуры. Паколькі паветра мае значна меншую аб'ёмную цеплаёмістасць і цеплаправоднасць, чым трансфарматарнае масла, сухія трансфарматары працуюць пры больш высокіх павышэннях унутранай тэмпературы, патрабуючы спецыяльных высокатэмпературных сістэм ізаляцыі абмотак, якія адпавядаюць працоўным межам класа F (павышэнне тэмпературы 105°C) або класа H (павышэнне тэмпературы 150°C, даступна для спецыяльных патрабаванняў).

Акрамя таго, шчыльнасць магнітнага патоку і канструкцыя стрыжня аптымізаваны па-рознаму ў гэтых дзвюх тапалогіях. Паколькі вадкаснае астуджэнне падтрымлівае больш нізкія пікавыя працоўныя тэмпературы ў стальным стрыжні, крамянёвыя сталёвыя пласты ў блоках, напоўненых вадкасцю, адчуваюць меншыя страты на гістэрэзіс і віхравыя токі на кілаграм. Сухія трансфарматары павінны збалансаваць ліміты магнітнага насычэння з павышанымі станамі цеплавой раўнавагі. Пры ўказанні сістэм размеркавання электраэнергіі інжынеры павінны ацаніць, як паказчыкі класа ізаляцыі, каэфіцыенты зніжэння навакольнага асяроддзя і геаметрыя астуджальных каналаў уплываюць на доўгатэрміновую эксплуатацыйную надзейнасць у патрабавальных камерцыйных і прамысловых сеткавых умовах.

Параўнальная табліца асноўнай структуры

Інфармацыя аб прынцыпе працы: стабільнасць працы цвёрдай дыэлектрычнай ізаляцыі ў значнай ступені залежыць ад мінімізацыі частковага разраду (PD) у мікраскапічных пустэчах унутры эпаксіднай смалы. У працэсе вакуумнага ліцця вадкая эпаксідная смала ўпырскваецца пад высокім вакуумным ціскам, каб цалкам ліквідаваць бурбалкі паветра, гарантуючы, што ўзроўні частковага разраду застаюцца ў межах строгіх тэхнічных стандартаў (звычайна ніжэй за 10 пікакулонаў) пры намінальным напружанні ў 1,2 разы.

Сухія трансфарматары

Сухія трансфарматары - гэта статычныя электрамагнітныя прылады, якія выкарыстоўваюць сістэмы цвёрдай ізаляцыі і канвекцыю навакольнага паветра для перадачы пераменнай электрычнай энергіі паміж ланцугамі без выкарыстання вадкіх дыэлектрычных лёгкаўзгаральных рэчываў, што робіць іх асноўным выбарам для размеркавання электраэнергіі ўнутры памяшканняў з высокай шчыльнасцю і кантраляваным навакольным асяроддзем.

У катэгорыі сухіх трансфарматараў існуюць дзве дамінуючыя тэхналогіі распрацоўкі: блокі з вакуумнай прапіткай (VPI) і сухія трансфарматары з літой смолы (CRT). У трансфарматарах VPI выкарыстоўваецца высокатэмпературны поліэфірны або сіліконавы лак, які наносіцца пры пераменных цыклах вакууму і ціску для пранікнення праз шматслаёвую стужку і ізаляцыю Nomex, якая атачае абмоткі. Пасля насычэння стрыжань і спіраль у зборы тэрмічнаму отверждаются ў печы, утвараючы цвёрдую, вільгацятрывалую і ўстойлівую да механічных нагрузак матрыцу. ЭПТ-блокі, з іншага боку, маюць абмоткі высокага напружання, цалкам інкапсуляваныя ў эпаксідную смалу, змешаную з напаўняльнікам з дыяксіду дыяксіду ўнутры вакуумных ліцейных формаў. Гэты цвёрды літой канверт забяспечвае поўную абарону ад агрэсіўных атмасферных забруджванняў, хімічных пароў, высокай вільготнасці і цвёрдых часціц у паветры, эфектыўна пазбаўляючы ад рызыкі паглынання вільгаці ў перыяды адключэння.

Меркаванні механічнай канструкцыі для сухіх трансфарматараў круцяцца вакол класаў абароны корпуса (ад стандартных блокаў з адкрытай рамай IP00 для ўстаноўкі ў чыстых шафах размеркавальных прылад, да вентыляваных ахоўных корпусаў IP23 або IP31 для звычайных падлог памяшканняў). У вузкаспецыялізаваных прамысловых асяроддзях выкарыстоўваюцца невентыляваныя корпуса IP54, абсталяваныя цеплаабменнікамі паветра-вада або паветра-паветра. Абмоткавыя праваднікі звычайна вырабляюцца з высакаякаснай электралітычнай медзі або электрычнай алюмініевай фальгі. Вектарныя групы, якія звычайна пастаўляюцца, ўключаюць Dyn11, Yyn0, Ynd11, Ynyn0 і Yd11 для задавальнення розных патрабаванняў да зазямлення сістэмы і зруху фаз.

З пункту гледжання эксплуатацыі, сучасныя прамысловыя ўстаноўкі часта аб'ядноўваюць спецыялізаваныя блокі паніжальнага размеркавання для харчавання цэнтраў кіравання рухавікамі нізкага напружання, камерцыйных сетак вентыляцыі і кандыцыянавання, а таксама адчувальнай сервернай інфраструктуры ІТ непасрэдна ў цэнтры нагрузкі. Выключэнне доўгіх нізкавольтных кабеляў значна зніжае страты $I^2R$ меднай лініі, паляпшае рэгуляванне напружання і павышае агульную электрычную эфектыўнасць сістэмы ў камерцыйных і прамысловых аб'ектах.

Тэхнічныя характарыстыкі сухога тыпу

Рэкамендацыі па тэхнічным абслугоўванні: у той час як блокі сухога тыпу патрабуюць значна меншага абслугоўвання, чым блокі з вадкаснай сістэмай, штогадовая праверка павінна ўключаць праверку супраціўлення абмоткі мікраомметрам, выпрабаванне супраціўлення ізаляцыі мегаомметрам (ІЧ) пры 2,5 кВ пастаяннага току і строгую праверку тэрмістарных кантролераў вентылятара з прымусовай вентыляцыяй (датчыкі PT100), убудаваных непасрэдна ў абмоткі нізкага напружання.

Трансфарматары, напоўненыя вадкасцю

Напоўненыя вадкасцю трансфарматары - гэта звышмоцныя электрамагнітныя блокі харчавання, якія апускаюць стрыжань і вузлы абмотак у герметычны або абсталяваны кансерватарам бак, напоўнены дыэлектрычнай вадкасцю, выкарыстоўваючы дынаміку вадкасці для забеспячэння высокай цеплавой магутнасці астуджэння і найвышэйшай электрычнай трываласці ў сетках сярэдняга і высокага напружання.

Структурная анатомія напоўненага вадкасцю трансфарматара засяроджана на герметычна закрытым сталёвым баку, абсталяваным знешнімі радыятарамі астуджэння, пластамі магнітнага стрыжня з высокапранікальнай зярністай крамянёвай сталі (CRGO) і ізаляванымі цэлюлознай паперай меднымі або алюмініевымі абмоткамі. Дыэлектрычная вадкасць выконвае двайную мэту: яна дзейнічае як асноўны электраізаляцыйны бар'ер паміж высакавольтнымі провадамі і заземленым сталёвым бакам, а таксама служыць дынамічнай цеплапераноснай вадкасцю. Калі падчас электрычнай працы выпрацоўваецца цяпло, канвекцыйныя патокі падымаюць цёплую вадкасць уверх да верхняй часткі рэзервуара, дзе яна трапляе ў гафрыраваныя сценкі або знешнія радыятары. Астуджальныя вентылятары або прымусовыя вадкасныя помпы могуць быць уключаны тэрмастатычна для павышэння магутнасці рассейвання цяпла падчас пікавых нагрузак.

Канструкцыі, напоўненыя вадкасцю, звычайна падзяляюцца на дзве асноўныя механічныя канфігурацыі: герметычна закрытыя гнуткія гафрыраваныя рэзервуары і кансерватарныя рэзервуары, абсталяваныя гумовымі паветранымі камерамі. Герметычна закрытыя трансфарматары ліквідуюць кантакт паміж унутранай дыэлектрычнай вадкасцю і атмасферным кіслародам/вільгаццю, цалкам прадухіляючы акісленне вадкасці, адукацыю асадка і дэградацыю дыэлектрыка, выкліканую вільгаццю. Канструкцыі кансерватараў, якія звычайна прызначаны для буйных падстанцый і цяжкіх прамысловых аб'ектаў, забяспечваюць пашырэнне і сцісканне вадкасці праз верхні рэзервуар з выкарыстаннем асушальнікаў з сілікагелем або герметычных гумовых мембран для прадухілення забруджвання атмасферы.

Цеплавыя характарыстыкі, эфектыўнасць і шум

Цеплавая дынаміка вызначае гранічныя межы для нагрузкі трансфарматара, працы ў навакольным асяроддзі і дапушчальных адхіленняў ад перагрузкі. Сухія трансфарматары працуюць у больш высокіх кропках цеплавой раўнавагі. У стандартных блоках сухога тыпу выкарыстоўваюцца ізаляцыйныя сістэмы класа F, разлічаныя на максімальнае павышэнне тэмпературы на 105°C вышэй за базавую тэмпературу навакольнага асяроддзя ў 40°C. Для цяжкіх працоўных цыклаў, падвышанай тэмпературы навакольнага асяроддзя або спецыяльных карыстацкіх патрабаванняў прызначаны ізаляцыйныя сістэмы класа H, прызначаныя для павышэння тэмпературы да 150°C. Наадварот, напоўненыя вадкасцю трансфарматары працуюць пры строгіх цеплавых абмежаваннях вадкасці, якія звычайна рэгулююцца цеплавымі абмежаваннямі класа А (павышэнне тэмпературы абмоткі на 65 °C і павышэнне тэмпературы масла ў верхняй частцы на 60 °C над тэмпературай навакольнага асяроддзя).

Профілі эфектыўнасці паміж сухімі і напоўненымі вадкасцю архітэктурамі дэманструюць розныя характарыстыкі пры розных каэфіцыентах нагрузкі. Напоўненыя вадкасцю трансфарматары звычайна дасягаюць меншых страт на халастога ходу (стрыжань) і страт нагрузкі (медзь) пры высокіх умовах нагрузкі з-за больш цеснай геаметрыі абмоткі і палепшанага цеплавога рассейвання вадкасці. Такім чынам, напоўненыя вадкасцю трансфарматары звычайна забяспечваюць найвышэйшую энергаэфектыўнасць пры бесперапыннай працы пры поўнай нагрузцы. Тым не менш, сучасныя сухія трансфарматары з літой смалы, вырабленыя з высакаякаснай сталі CRGO або стрыжняў з аморфнага металу, забяспечваюць выключна канкурэнтаздольныя профілі эфектыўнасці ва ўмовах частковай нагрузкі, тыповай для камерцыйных будынкаў і прадпрыемстваў лёгкай прамысловасці.

Прадукцыйнасць акустычнага шуму з'яўляецца яшчэ адным важным адрозненнем у гарадскім і ўнутраным асяроддзі. Сухія трансфарматары ствараюць акустычны ўзровень гуку ў асноўным за кошт магнітастрыкцыі стрыжня і паветранага патоку астуджальнага вентылятара. Паколькі паветра з'яўляецца менш шчыльным акустычным асяроддзем, чым дыэлектрычнае алей, блокі сухога тыпу, натуральна, дэманструюць больш высокі базавы ўзровень гукавога ціску (дБА). Пры ўсталёўцы агрэгатаў сухога тыпу паблізу офісных памяшканняў або бальнічных аддзяленняў у мэтах захавання строгага выканання муніцыпальных пастановаў аб шуме ў памяшканнях усталёўваюцца гукапрыглушальныя агароджы, антывібрацыйныя накладкі і нізкахуткасныя акустычныя вентылятары.

Вартасці ўстаноўкі і размяшчэння

Тэхнічныя патрабаванні да сухіх і вадкасных трансфарматараў вызначаюцца патрабаваннямі пажарнай бяспекі, захаваннем навакольнага асяроддзя і фізічнымі абмежаваннямі для будаўнічых работ.

Сухія трансфарматары забяспечваюць неперасягненую гібкасць ўстаноўкі ўнутры камерцыйных структур, вышынных будынкаў, падземных памяшканняў і падлог прамысловых прадпрыемстваў. Паколькі інкапсуляцыя з цвёрдай эпаксіднай смалы самазатухаючая, вогнеахоўная і цалкам не змяшчае гаручых вадкасцей, блокі сухога тыпу пазбаўляюць ад неабходнасці спецыяльных вонкавых супрацьпажарных бар'ерных сцен, выбухаўстойлівых сховішчаў або аўтаматычных сістэм пажаратушэння патопу. Акрамя таго, устаноўкам сухога тыпу не патрэбныя ямы для ўтрымлівання алею, вадазборныя басейны або воданафтааддзяляльнікі, што значна зніжае выдаткі на грамадзянскае будаўніцтва і патрабаванні да плошчы памяшканняў.

Напоўненыя вадкасцю трансфарматары, хоць і маюць кампактную канструкцыю для эквівалентнай высокай магутнасці, патрабуюць шырокіх ахоўных мер грамадзянскага будаўніцтва. Рэкамендацыі па ўсталёўцы патрабуюць рэзервуараў для ўтрымання вадкасці, здольных захопліваць 100% аб'ёму трансфарматарнай вадкасці плюс нормы ападкаў на адкрытых падстанцыях. Пры размяшчэнні ў памяшканні або побач з асноўнымі будаўнічымі канструкцыямі блокі, напоўненыя вадкасцю, павінны быць ізаляваны ў спецыялізаваных супрацьпажарных сховішчах, абсталяваных аўтаматычнымі супрацьпажарнымі дзвярыма, сценамі стрымлівання выбуху і спецыялізаванымі дрэнажнымі сістэмамі для прадухілення забруджвання грунтавых вод і глебы ў выпадку катастрафічнага разрыву рэзервуара або разліву вадкасці.

Тэхнічнае абслугоўванне, надзейнасць і 30-гадовы профіль жыццёвага цыкла

Пры ацэнцы доўгатэрміновых эксплуатацыйных выдаткаў інжынеры прамысловых прадпрыемстваў павінны ўлічваць патрабаванні да звычайнага тэхнічнага абслугоўвання і агульную надзейнасць абсталявання. Выкарыстоўваючы больш чым 30-гадовы досвед працы ў прамысловасці, вытворцы распрацоўваюць сухія трансфарматары, каб прапанаваць выключную эксплуатацыйную надзейнасць з мінімальнымі ўмяшаннямі па тэхнічным абслугоўванні на працягу 30-гадовага жыццёвага цыкла.

Паколькі сухія трансфарматары цалкам выключаюць вадкую ізаляцыю, яны не патрабуюць звычайнага адбору проб вадкасці, аналізу растворанага газу (DGA), фільтрацыі вадкасці або абслугоўвання ахоўнай ямы. Звычайныя праверкі блокаў сухога тыпу засяроджваюцца ў асноўным на перыядычных візуальных праверках, ачыстцы назапашвання пылу ў вентыляцыйных каналах, праверцы крутоўнага моманту клеммных злучэнняў і праверцы працы рэгулятара тэмпературы (напрыклад, ланцугоў тэрмістара PT100). У рамках 30-гадовай мадэлі выдаткаў на жыццёвы цыкл агульны кошт валодання (TCO) для сухіх трансфарматараў значна ніжэйшы ў памяшканнях з-за меншай колькасці планавых работ па тэхнічным абслугоўванні, мінімальнага часу прастою і нулявой рызыкі ліквідацыі разліву вадкасці.

Наадварот, напоўненыя вадкасцю трансфарматары патрабуюць строгіх пратаколаў прафілактычнага абслугоўвання на працягу ўсяго тэрміну службы. Рэгулярны адбор проб вадкасці з'яўляецца абавязковым для ацэнкі напружання прабоя дыэлектрыка, утрымання вільгаці, колькасці нейтралізацыі і канцэнтрацыі растворанага газу (DGA) для выяўлення пачатковых цеплавых або электрычных няспраўнасцяў. Рэбры радыятара, ушчыльнення, пракладкі і сапуны кансерватара патрабуюць звычайнай праверкі, каб прадухіліць уцечкі масла і забруджванне навакольнага асяроддзя.

Меркаванні бяспекі і аховы навакольнага асяроддзя

Бяспека і экалагічная ўстойлівасць з'яўляюцца галоўнымі крытэрамі пры распрацоўцы сучасных сістэм размеркавання электраэнергіі.

Сухія трансфарматары адпавядаюць самым высокім стандартам пажарнай бяспекі (клас F1 пажарастойкасці па стандартах IEC). Яны вырабляюць нязначныя выкіды таксічнага дыму падчас уздзеяння вонкавага агню і не ўяўляюць небяспекі для рэсурсаў глебы і падземных вод. Па заканчэнні тэрміну эксплуатацыі кампаненты з літой смалы і металу можна чыста аддзяліць і перапрацаваць, падтрымліваючы ўстойлівыя карпаратыўныя экалагічныя мэты.

Напоўненыя вадкасцю трансфарматары, у якіх выкарыстоўваецца традыцыйнае мінеральнае масла, уяўляюць неад'емную небяспеку пажару з-за гаручай прыроды вуглевадароднай вадкасці (тэмпература запальвання звычайна ад ~140°C да 150°C). Сур'ёзная дугавая замыканне ўнутры рэзервуара можа прывесці да выпарэння алею, што прывядзе да павышэння ціску ў рэзервуары, катастрафічнага разрыву і сур'ёзных пажараў у басейне. Каб знізіць рызыку пажару, захоўваючы пры гэтым перавагі астуджэння вадкасці, сучасныя тэхнічныя характарыстыкі ўсё часцей патрабуюць сінтэтычных складаных эфіраў або натуральных эфірных вадкасцей. Эфірныя вадкасці маюць высокую тэмпературу ўзгарання (>300°C, рэйтынг К) і лёгка біяраскладаюцца, што значна зніжае рызыку разліву на навакольнае асяроддзе ў адчувальных водападзелах і сельскагаспадарчых зонах.

Выбар на аснове прыкладання

Выбар паміж сухімі і вадкаснымі трансфарматарамі залежыць ад абмежаванняў на месцы, адчувальнасці навакольнага асяроддзя, узроўняў напружання і працоўных профіляў:

• Сухія трансфарматары з'яўляюцца аптымальным выбарам для крытых камерцыйных комплексаў, бальніц, цэнтраў апрацоўкі дадзеных, сістэм падземнага чыгуначнага транспарту, марскіх ветравых платформаў, хімічных заводаў і прамысловых аб'ектаў з высокай шчыльнасцю, дзе пажарная бяспека, экалагічная чысціня і нізкі ўзровень абслугоўвання з'яўляюцца галоўнымі.

• Напоўненыя вадкасцю трансфарматары застаюцца галоўным выбарам для вонкавых камунальных падстанцый, сетак перадачы звышвысокага напружання, цяжкіх прамысловых установак з бесперапынным працэсам, сонечных ферм з аднаўляльнымі крыніцамі энергіі і вонкавых размеркавальных сетак масавай электраэнергіі, дзе патрабуецца высокая цеплавая магутнасць, найвышэйшы рэйтынг вытрымлівання імпульсаў (BIL) і ўстойлівасць да надвор'я.